EA038017B1 - Production logging instrument - Google Patents

Production logging instrument Download PDF

Info

Publication number
EA038017B1
EA038017B1 EA201490916A EA201490916A EA038017B1 EA 038017 B1 EA038017 B1 EA 038017B1 EA 201490916 A EA201490916 A EA 201490916A EA 201490916 A EA201490916 A EA 201490916A EA 038017 B1 EA038017 B1 EA 038017B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
energy storage
logging system
storage device
supercapacitor
cable
Prior art date
Application number
EA201490916A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201490916A1 (en
Inventor
Риккардо Синьорелли
Джон Дж. Кули
Моррис Грин
Падманабан Састхан Куттипиллаи
Дженна Макграт
Кристофер Джон Сиббалд Дин
Ира М. Тернер
Original Assignee
Фасткэп Системз Корпорейшн
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Фасткэп Системз Корпорейшн filed Critical Фасткэп Системз Корпорейшн
Publication of EA201490916A1 publication Critical patent/EA201490916A1/en
Publication of EA038017B1 publication Critical patent/EA038017B1/en

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B41/00—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
    • E21B41/0085—Adaptations of electric power generating means for use in boreholes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/003—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings with electrically conducting or insulating means
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/01—Devices for supporting measuring instruments on drill bits, pipes, rods or wirelines; Protecting measuring instruments in boreholes against heat, shock, pressure or the like
    • E21B47/017—Protecting measuring instruments
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/12—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling
    • E21B47/13—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling by electromagnetic energy, e.g. radio frequency
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/26—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
    • H01G11/28—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features arranged or disposed on a current collector; Layers or phases between electrodes and current collectors, e.g. adhesives
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/14—Cells with non-aqueous electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0042—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0042—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction
    • H02J7/0045—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction concerning the insertion or the connection of the batteries
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V11/00—Prospecting or detecting by methods combining techniques covered by two or more of main groups G01V1/00 - G01V9/00
    • G01V11/002—Details, e.g. power supply systems for logging instruments, transmitting or recording data, specially adapted for well logging, also if the prospecting method is irrelevant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/04—Hybrid capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/08—Structural combinations, e.g. assembly or connection, of hybrid or EDL capacitors with other electric components, at least one hybrid or EDL capacitor being the main component
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/14—Arrangements or processes for adjusting or protecting hybrid or EDL capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32—Carbon-based
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/52—Separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/78—Cases; Housings; Encapsulations; Mountings
    • H01G11/80—Gaskets; Sealings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G2/00—Details of capacitors not covered by a single one of groups H01G4/00-H01G11/00
    • H01G2/10—Housing; Encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G2/00—Details of capacitors not covered by a single one of groups H01G4/00-H01G11/00
    • H01G2/10—Housing; Encapsulation
    • H01G2/106—Fixing the capacitor in a housing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/10—Batteries in stationary systems, e.g. emergency power source in plant
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors

Abstract

A logging system and method for operating a logging system are typically used in a wellbore. The logging system may include a logging instrument including a rechargeable energy storage and logging electronics, and a cable configured to trickle charge the rechargeable energy storage. The rechargeable energy storage may include an ultracapacitor. The rechargeable energy storage may be trickle charged through the cable from a remote power source.

Description

Настоящая заявка устанавливает приоритет на основе предварительной заявки № 61/555100, поданной 3 ноября 2011 г., и предварительной заявки № 61/624080, поданной 13 апреля 2012 г., которые тем самым включены здесь ссылкой во всей своей полноте.This application establishes priority on the basis of Provisional Application No. 61/555100, filed November 3, 2011, and Provisional Application No. 61/624080, filed April 13, 2012, which are hereby incorporated by reference in their entirety.

Область техникиTechnology area

Раскрытое здесь изобретение относится к поисково-разведочным работам на нефть и газ и, в частности, к скважинному прибору для каротажа эксплуатационной скважины.The invention disclosed herein relates to exploration for oil and gas and, in particular, to a downhole tool for logging a production well.

Уровень техникиState of the art

В поисково-разведочных работах на нефть и газ необходимо пробуривать скважину в горной породе. Оценку горной породы и окружающих пластов часто производят с использованием сложно устроенного оборудования, опускаемого в ствол скважины. Оценки, или скважинный каротаж, могут выполняться в процессе бурения (измерение в процессе бурения (MWD или LWD)) или после бурения, таким образом, как опускание на талевом канате.In prospecting and exploration work for oil and gas, it is necessary to drill a well in the rock. Assessment of rock and surrounding formations is often done using sophisticated equipment that is lowered into the wellbore. Estimates, or well logs, can be performed while drilling (measurement while drilling (MWD or LWD)) or after drilling, in a manner similar to wireline sinking.

Могут быть использованы многообразные инструменты. Инструменты, которые ориентированы на технологии, такие как радиационное измерение (генерирование гамма-квантов и нейтронов), и измерения, включающие акустический каротаж, сейсмический каротаж, резистивность, магнитный резонанс, часто применяются с отбором образцов флюидов, и с разнообразными другими формами спектроскопии. К сожалению, разнообразные приборы и инструменты, которые применимы для скважинного каротажа, как правило, включают сложное оборудование, которое требует соединения с источником энергоснабжения и другим вспомогательным оборудованием на поверхности. Поэтому каротажное оборудование извлекают из ствола скважины перед началом ее эксплуатации.A variety of tools can be used. Instruments that are technology oriented, such as radiation measurement (generating gamma rays and neutrons) and measurements involving sonic logs, seismic logs, resistivity, magnetic resonance, are often used with fluid sampling, and with various other forms of spectroscopy. Unfortunately, the variety of tools and tools that are useful for well logging typically include sophisticated equipment that requires connection to a power supply and other ancillary equipment at the surface. Therefore, the logging equipment is removed from the wellbore prior to production.

Однако извлечение каротажного оборудования из ствола скважины ставит операторов в такое положение, что невозможно охарактеризовывать балансовые запасы буровой скважины. Соответственно этому операторы периодически останавливают добычу для проведения каротажа и оценки технического состояния соответственной эксплуатационной скважины. Конечно, остановка добычи оказывает огромное негативное влияние на экономические показатели для оператора.However, removing the logging equipment from the wellbore puts operators in a position that it is impossible to characterize the balance of the wellbore. Accordingly, operators periodically stop production to log and assess the technical condition of the respective production well. Of course, the shutdown of production has a huge negative impact on the economic performance for the operator.

Таким образом, требуются способы и устройства, пригодные для проведения скважинного каротажа в условиях эксплуатации. Способы и устройства предпочтительно должны обеспечивать выполнение анализов разнообразных типов с минимальным влиянием на добычу.Thus, methods and devices are required that are suitable for conducting well logging in the field. The methods and devices should preferably be capable of performing a variety of types of analyzes with minimal impact on production.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Зонд для выполнения измерений в стволе скважины во время эксплуатации скважины включает компоненты для геофизического исследования скважины, канал связи, скважинное электронное устройство и силовой блок. Силовой блок снабжает электроэнергией эксплуатационно-каротажный зонд. Силовой блок может включать генератор, соединение с источником питания (таким как источник питания на поверхности), первичную батарею и высокотемпературное перезаряжаемое энергоаккумулирующее устройство. В энергоаккумулирующем устройстве могут быть применены суперконденсаторы (ионисторы).A probe for making measurements in a wellbore during well production includes components for a logging of a well, a communication channel, a downhole electronic device and a power unit. The power unit supplies power to the production logging tool. The power unit may include a generator, a connection to a power source (such as a surface power source), a primary battery, and a high temperature rechargeable energy storage device. In the energy storage device, supercapacitors (supercapacitors) can be used.

Согласно первому аспекту изобретения способ эксплуатации каротажной системы включает стадии, в которых проводят компенсационный подзаряд перезаряжаемого энергоаккумулирующего устройства в течение первого периода времени; и эксплуатируют каротажное электронное устройство с использованием электроэнергии от перезаряжаемого энергоаккумулирующего устройства в течение второго периода времени, который является более коротким, чем первый период времени.According to a first aspect of the invention, a method for operating a logging system includes the steps of performing trickle charging of a rechargeable energy storage device for a first period of time; and operating the logging electronic device using power from the rechargeable energy storage device for a second time period that is shorter than the first time period.

Согласно второму аспекту изобретения способ эксплуатации каротажной системы включает стадии, в которых проводят компенсационный подзаряд перезаряжаемого энергоаккумулирующего устройства каротажного зонда, размещенного в стволе скважины; и эксплуатируют каротажное электронное устройство каротажного зонда с использованием электроэнергии от перезаряжаемого энергоаккумулирующего устройства в течение выбранных периодов времени.According to a second aspect of the invention, a method for operating a logging system includes the steps of performing a trickle charge of a rechargeable energy storage device of a logging tool located in a wellbore; and operating the logging electronics of the logging sonde using power from the rechargeable energy storage device for selected periods of time.

Согласно третьему аспекту изобретения каротажная система включает каротажный зонд, включающий перезаряжаемое энергоаккумулирующее устройство, кабель и электронное устройство, конфигурированное для заряжания перезаряжаемого энергоаккумулирующего устройства от удаленного источника питания.According to a third aspect of the invention, a logging system includes a logging tool including a rechargeable energy storage device, a cable, and an electronic device configured to charge the rechargeable energy storage device from a remote power source.

Согласно четвертому аспекту изобретения каротажный зонд включает каротажное электронное устройство, конфигурированное для выполнения каротажных работ; и перезаряжаемое энергоаккумулирующее устройство, конфигурированное для получения компенсационного подзаряда от удаленного источника питания и для снабжения электроэнергией каротажного электронного устройства в течение выбранных периодов времени.According to a fourth aspect of the invention, a logging tool includes a logging electronics device configured to perform logging operations; and a rechargeable energy storage device configured to receive trickle charging from a remote power source and to supply electrical power to the logging electronic device for selected periods of time.

Согласно пятому аспекту изобретения каротажный зонд включает каротажное электронное устройство, конфигурированное для выполнения каротажных работ, и один или более датчиков, выбранных из датчиков типов, включающих датчики давления, температуры, локатор муфтовых соединений обсадной колонны, акселерометр, измерители плотности акустической энергии, сейсмические датчики, огражденные и встроенные расходомеры, твердотельные расходомеры, датчики для измерения емкости, индуктивности, удельного сопротивления, передачи и/или приема акустической энергии, пассивного гаммаизлучения, активного гамма-излучения, устройства для отбора образцов флюидов, отбора образцов пласта, построения магнитно-резонансного изображения, регистрации ядерного магнитного резонанса, дат- 1 038017 чики направления или инерциальные датчики, магнитные датчики и гироскопы; и высокотемпературное перезаряжаемое энергоаккумулирующее устройство, конфигурированное для снабжения электроэнергией каротажного электронного устройства.According to a fifth aspect of the invention, a logging tool includes a logging electronics device configured to perform logging operations and one or more sensors selected from sensor types including pressure, temperature, casing collar locator, accelerometer, acoustic energy density meters, seismic sensors, enclosed and built-in flow meters, solid-state flow meters, sensors for measuring capacitance, inductance, resistivity, transmission and / or reception of acoustic energy, passive gamma radiation, active gamma radiation, devices for sampling fluids, sampling formation, building magnetic resonance imaging, registration of nuclear magnetic resonance, directional sensors or inertial sensors, magnetic sensors and gyroscopes; and a high temperature rechargeable energy storage device configured to supply power to the logging electronic device.

Согласно шестому аспекту изобретения способ эксплуатации каротажной системы включает стадию, в которой перемещают каротажный зонд вертикально в стволе скважины с помощью кабеля, который механически поддерживает каротажный зонд и обеспечивает передачу информации и/или передачу электроэнергии, причем каротажный зонд включает высокотемпературное перезаряжаемое энергоаккумулирующее устройство.According to a sixth aspect of the invention, a method for operating a logging system includes the step of moving a logging tool vertically in a borehole with a cable that mechanically supports the logging tool and provides information and / or power transmission, the logging tool including a high temperature rechargeable energy storage device.

Согласно седьмому аспекту изобретения способ эксплуатации каротажной системы включает стадии, в которых перемещают каротажный зонд вертикально в стволе скважины в течение по меньшей мере одного периода времени с помощью кабеля, который поддерживает каротажный зонд и обеспечивает передачу информации и/или передачу электроэнергии; и удерживают каротажный зонд в фиксированном положении в стволе скважины в течение второго периода времени, причем каротажный зонд включает высокотемпературное перезаряжаемое энергоаккумулирующее устройство.According to a seventh aspect of the invention, a method for operating a logging system includes the steps of moving a logging tool vertically in a borehole for at least one period of time using a cable that supports the logging tool and provides information and / or power transmission; and holding the logging tool in a fixed position in the borehole for a second period of time, the logging tool including a high temperature rechargeable energy storage device.

Согласно восьмому аспекту изобретения распределенная каротажная система включает многочисленные каротажные зонды, размещенные на различных участках внутри ствола скважины, причем по меньшей мере один из каротажных зондов включает высокотемпературное перезаряжаемое энергоаккумулирующее устройство.According to an eighth aspect of the invention, a distributed logging system includes multiple logging probes disposed at various locations within the borehole, wherein at least one of the logging probes includes a high temperature rechargeable energy storage device.

Согласно девятому аспекту изобретения каротажная система включает источник подводимой мощности, включающий первичную батарею, удаленный источник и/или генератор; высокотемпературное перезаряжаемое энергоаккумулирующее устройство и нагрузку для принятия энергии от перезаряжаемого энергоаккумулирующего устройства.According to a ninth aspect of the invention, the logging system includes a power input including a primary battery, a remote source, and / or a generator; a high temperature rechargeable energy storage device and a load for receiving energy from the rechargeable energy storage device.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

Предмет обсуждения, который рассматривается как изобретение, главным образом показан в описании. Вышеуказанные и прочие признаки и преимущества изобретения очевидны из нижеследующего подробного описания, приведенного в сочетании с сопроводительными чертежами, на которых фиг. 1 иллюстрирует один примерный вариант исполнения бурильной колонны, которая включает каротажный зонд;The subject matter, which is considered to be the invention, is mainly shown in the description. The foregoing and other features and advantages of the invention will be apparent from the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. 1 illustrates one exemplary embodiment of a drill string that includes a logging tool;

фиг. 2 иллюстрирует один примерный вариант исполнения скважинного каротажа с зондом, размещенным на талевом канате;fig. 2 illustrates one exemplary embodiment of a borehole logging with a wireline transmitter;

фиг. 3 изображает один примерный вариант исполнения скважинного каротажа с эксплуатационнокаротажным зондом;fig. 3 depicts one exemplary embodiment of a downhole logging with a production logging tool;

фиг. 4 изображает компоненты эксплуатационно-каротажного зонда из фиг. 3;fig. 4 depicts the components of the production tool of FIG. 3;

фиг. 5 изображает примерную конфигурацию с использованием многочисленных эксплуатационнокаротажных зондов;fig. 5 depicts an exemplary configuration using multiple production logging probes;

фиг. 6 изображает еще один вариант исполнения эксплуатационно-каротажного зонда;fig. 6 depicts another embodiment of a production logging tool;

фиг. 7 изображает еще один вариант исполнения эксплуатационно-каротажного зонда;fig. 7 depicts another embodiment of a production logging tool;

фиг. 8 иллюстрирует формы примерного суперконденсатора;fig. 8 illustrates shapes of an exemplary supercapacitor;

фиг. 9 изображает варианты исполнения первичных структур катионов, которые могут входить в состав примерного суперконденсатора;fig. 9 depicts embodiments of primary cation structures that may be included in an exemplary supercapacitor;

фиг. 10 изображает один вариант исполнения оболочки для примерного суперконденсатора;fig. 10 depicts one embodiment of an enclosure for an exemplary supercapacitor;

фиг. 11 иллюстрирует один вариант исполнения аккумуляторного элемента для примерного суперконденсатора;fig. 11 illustrates one embodiment of a battery cell for an exemplary supercapacitor;

фиг. 12 изображает барьер, размещенный на внутренней части корпуса оболочки;fig. 12 depicts a barrier located on the inside of a shell body;

фиг. 13A и 13B, совокупно называемые здесь как фиг. 13, изображают формы крышки для оболочки;fig. 13A and 13B, collectively referred to herein as FIGS. 13 shows the shapes of the cover for the shell;

фиг. 14 изображает сборку суперконденсатора согласно приведенным здесь инструкциям;fig. 14 depicts the assembly of a supercapacitor according to the instructions given here;

фиг. 15A и 15B, совокупно называемые здесь как фиг. 15, представляют графики, изображающие рабочую характеристику суперконденсатора для одного варианта исполнения без барьера, и одного подобного варианта исполнения, который включает барьер соответственно;fig. 15A and 15B, collectively referred to herein as FIGS. 15 are graphs depicting supercapacitor performance for one embodiment without a barrier and one similar embodiment that includes a barrier, respectively;

фиг. 16 изображает барьер, размещенный вокруг аккумуляторного элемента в виде обертки;fig. 16 depicts a barrier placed around a wrap-around battery cell;

фиг. 17A, 17B и 17C, совокупно называемые здесь как фиг. 17, изображают варианты исполнения крышки, которая включает многослойные материалы;fig. 17A, 17B, and 17C, collectively referred to herein as FIGS. 17 depicts embodiments of a cover that includes laminates;

фиг. 18 представляет вид в разрезе электродного сборного узла, который включает стеклометаллическое уплотнение;fig. 18 is a cross-sectional view of an electrode assembly that includes a glass metal seal;

фиг. 19 представляет вид в разрезе электродного сборного узла согласно фиг. 18, вставленного в крышку согласно фиг. 17B;fig. 19 is a cross-sectional view of the electrode assembly of FIG. 18 inserted into the lid of FIG. 17B;

фиг. 20 изображает расположение аккумуляторного элемента в процессе сборки;fig. 20 shows the location of the battery cell during assembly;

фиг. 21A, 21B и 21C, совокупно называемые здесь как фиг. 21, изображают варианты исполнения собранного аккумуляторного элемента;fig. 21A, 21B, and 21C, collectively referred to herein as FIGS. 21 shows embodiments of an assembled battery cell;

фиг. 22 изображает применение полимерной изоляции поверх электродного сборного узла;fig. 22 depicts the application of polymer insulation over an electrode assembly;

фиг. 23A, 23B и 23C, совокупно называемые здесь как фиг. 23, изображают формы шаблона для ещеfig. 23A, 23B, and 23C, collectively referred to herein as FIGS. 23, depict the shape of the template for more

- 2 038017 одного варианта исполнения крышки энергоаккумулирующего устройства;- 2 038017 of one version of the energy storage device cover;

фиг. 24 представляет перспективный вид электродного сборного узла, который включает материал полусферической формы;fig. 24 is a perspective view of an electrode assembly that includes a hemispherical shaped material;

фиг. 25 представляет перспективный вид крышки, включающей электродный сборный узел согласно фиг. 24, вставленный в шаблон согласно фиг. 23C;fig. 25 is a perspective view of a cover including the electrode assembly of FIG. 24 inserted into the template of FIG. 23C;

фиг. 26 представляет вид в разрезе крышки из фиг. 25;fig. 26 is a cross-sectional view of the lid of FIG. 25;

фиг. 27 представляет прозрачную изометрическую проекцию аккумуляторного элемента, размещенного в цилиндрической оболочке;fig. 27 is a transparent isometric view of a battery cell housed in a cylindrical shell;

фиг. 28 представляет изометрическую проекцию одного варианта исполнения аккумуляторного элемента перед сворачиванием его в рулонный аккумуляторный элемент;fig. 28 is an isometric view of one embodiment of a battery cell prior to rolling it into a roll-to-roll battery cell;

фиг. 29 представляет вид сбоку аккумуляторного элемента, показывающий разнообразные слои согласно одному варианту исполнения;fig. 29 is a side view of a battery cell showing various layers according to one embodiment;

фиг. 30 представляет изометрическую проекцию рулонного аккумуляторного элемента, который включает установочные метки для размещения многочисленных выводов;fig. 30 is an isometric view of a roll-on battery cell that includes positioning marks to accommodate multiple leads;

фиг. 31 представляет изометрическую проекцию аккумуляторного элемента согласно фиг. 30 с установочными метками перед сворачиванием его в рулон;fig. 31 is an isometric view of the battery cell of FIG. 30 with alignment marks before rolling it into a roll;

фиг. 32 изображает свернутый в рулон аккумуляторный элемент с многочисленными размещенными выводами;fig. 32 depicts a multi-wired battery cell rolled up;

фиг. 33 изображает Z-образную складку, придаваемую упорядоченным выводам (то есть клеммный контакт), связанных с аккумуляторным элементом;fig. 33 depicts the Z-fold imparted to sequential leads (ie, terminal contact) associated with a battery cell;

фиг. 34-42 представляют графики, изображающие аспекты рабочих характеристик примерных суперконденсаторов;fig. 34-42 are graphs depicting aspects of the performance of exemplary supercapacitors;

фиг. 43 изображает один вариант исполнения источника питания, который включает генератор и суперконденсатор;fig. 43 depicts one embodiment of a power supply that includes a generator and a supercapacitor;

фиг. 44-50 представляют варианты исполнения схем управления для источника питания.fig. 44-50 represent embodiments of control circuits for a power supply.

Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention

Здесь представлены разнообразные конфигурации эксплуатационно-каротажного зонда, предназначенного для применения в среде ствола скважины. Эксплуатационно-каротажный зонд сообщает пользователям каротажную информацию во время добычи из буровой скважины. Для представления контекста, касающегося эксплуатационно-каротажного зонда и способов его применения, приведена некоторая базовая информация и определения.Various configurations of a production logging tool for use in a wellbore environment are presented here. The production tool provides log information to users during production from a borehole. Some background information and definitions are provided to provide context regarding the production tool and how it is used.

С привлечением теперь фиг. 1 показаны аспекты устройства для бурения ствола 1 скважины (также называемого буровой скважиной). По традиции, глубина ствола 1 скважины описывается вдоль Z-оси, тогда как поперечное сечение представлено в плоскости, описываемой X-осью и Y-осью.Referring now to FIG. 1 shows aspects of an apparatus for drilling a wellbore 1 (also called a borehole). Traditionally, the depth of the wellbore 1 is described along the Z-axis, while the cross-section is shown in the plane described by the X-axis and Y-axis.

В этом примере ствол 1 скважины пробурен в горной породе 2 с использованием бурильной колонны 11, приводимой в действие буровой установкой (не показана), которая, помимо всего прочего, подводит энергию для вращения и создает направленное вниз усилие. Как правило, ствол 1 скважины пересекает подповерхностные породы, которые могут включать разнообразные пласты 3 (показанные как пласты 3A, 3B, 3C). Квалифицированному специалисту в этой области технологии будет понятно, что разнообразные геологические тела, которые могут встречаться в подповерхностной среде, могут быть названы пластами, и что серия пород вниз по буровой скважине (то есть стволу скважины) может называться подповерхностными породами. То есть пласты 3 сформированы из подповерхностных пород. Соответственно этому, как это применяется здесь, следует принимать во внимание, что термин пласт в основном относится к геологической формации, и подповерхностная порода включает любые породы, и может включать такие материалы, как твердые породы, флюиды, газы, жидкости и тому подобные.In this example, a wellbore 1 is drilled into rock 2 using a drill string 11 driven by a drilling rig (not shown), which, among other things, provides energy for rotation and produces a downward force. Typically, the wellbore 1 traverses subsurface formations, which may include a variety of strata 3 (shown as strata 3A, 3B, 3C). One skilled in the art will understand that a variety of geologic bodies that may occur in the subsurface environment can be referred to as strata, and that a series of rocks down the borehole (i.e., wellbore) may be referred to as subsurface rocks. That is, the strata 3 are formed from subsurface rocks. Accordingly, as used herein, it should be appreciated that the term formation generally refers to a geological formation, and subsurface rock includes any rock, and may include materials such as solids, fluids, gases, liquids, and the like.

В этом примере бурильная колонна 11 включает отрезки бурильной трубы 12, которая приводит в действие буровое долото 14. Буровое долото 14 также обеспечивает протекание бурового раствора 4, такого как глинистый раствор. Буровой раствор 4 часто нагнетают в буровое долото 14 через бурильную трубу 12, где текучая среда выходит в ствол 1 скважины. Это приводит к восходящему потоку бурового раствора 4 внутри ствола 1 скважины. Как правило, восходящий поток охлаждает бурильную колонну 11 и ее компоненты, выносит наружу обломки выбуренной породы из бурового долота 14 и предотвращает прорыв находящихся под давлением углеводородов 5.In this example, drill string 11 includes lengths of drill pipe 12 that drives drill bit 14. Drill bit 14 also allows drilling fluid 4, such as mud, to flow. The drilling fluid 4 is often pumped into the drill bit 14 through the drill pipe 12 where the fluid exits into the wellbore 1. This results in an upward flow of drilling mud 4 within the wellbore 1. Typically, the upward flow cools the drill string 11 and its components, carries cuttings out of the drill bit 14, and prevents pressurized hydrocarbons 5 from breaking through.

Буровой раствор 4 (также называемый глинистым буровым раствором), как правило, включает смесь таких жидкостей, как вода, буровой раствор, промывочная жидкость, нефть, газы и пластовые флюиды, которые могут находиться в местной окружающей среде. Хотя буровой раствор 4 может подаваться для бурильных работ, нет ни нужды, ни необходимости в исключении применения или присутствия бурового раствора 4 при работах по скважинному каротажу. Как правило, между наружной поверхностью бурильной колонны 11 и стенкой ствола 1 скважины будет существовать слой материалов. Этот слой называется слоем скважинного зазора и предусматривает толщину, называемую зазором, S.Drilling fluid 4 (also called mud) typically includes a mixture of fluids such as water, drilling mud, drilling fluid, oil, gases, and formation fluids that may be found in the local environment. Although drilling fluid 4 may be supplied for drilling operations, it is neither necessary nor necessary to eliminate the use or presence of drilling fluid 4 during well logging operations. Typically, a layer of materials will exist between the outer surface of the drill string 11 and the wall of the borehole 1. This layer is called the borehole gap layer and provides a thickness called the gap, S.

Бурильная колонна 11 обычно включает оборудование для выполнения измерения во время бурения (MWD), также называемого каротажем во время бурения (LWD). Выполнение MWD или LWD, как правило, требует действия каротажного зонда 10, который введен в бурильную колонну 11 и рассчи- 3 038017 тан на работу во время бурения. Как правило, каротажный зонд 10 для выполнения MWD связан с электронным модулем, который также является компонентом бурильной колонны 11 и поэтому называется скважинным электронным устройством 13. Как правило, скважинное электронное устройство 13 обеспечивает по меньшей мере одно из сбора данных, анализа данных и оперативного управления, такого как электромеханическое(-ие) срабатывание(-ия), передача информации, распределение мощности и тому подобное. Зачастую каротажный зонд 10 и скважинное электронное устройство 13 связаны с поверхностным оборудованием 7. Поверхностное оборудование 7 может быть привлечено для дополнительных операций управления, обеспечивая расширенные аналитические возможности, а также регистрацию данных и тому подобное. Канал связи (обсуждаемый ниже) может быть предусмотрен для передачи данных на поверхностное оборудование 7 и может действовать посредством импульсов в буровом растворе через проводную трубу электромагнитной (EM) телеметрией с помощью волоконной оптики и другими способами, как это известно в технологии и является практически применимым для данной заявки.The drill string 11 typically includes equipment for performing measurement while drilling (MWD), also called logging while drilling (LWD). Performing an MWD or LWD typically requires the operation of a logging tool 10, which is inserted into the drill string 11 and is designed to operate while drilling. Typically, the logging tool 10 for performing MWD is associated with an electronic module, which is also a component of the drill string 11 and therefore is called the downhole electronic device 13. Typically, the downhole electronic device 13 provides at least one of data acquisition, data analysis and operational control such as electromechanical actuation (s), information transfer, power distribution and the like. Often, the logging tool 10 and the downhole electronics 13 are associated with surface equipment 7. Surface equipment 7 can be used for additional control operations, providing enhanced analytical capabilities as well as data logging and the like. A communication channel (discussed below) can be provided for transmitting data to surface equipment 7 and can act by pulses in the drilling fluid through a wired pipe by electromagnetic (EM) telemetry using fiber optics and other methods, as is known in the art and is practically applicable for of this application.

Теперь со ссылкой на фиг. 2 показан примерный каротажный зонд 10 для кабельного каротажа ствола 1 скважины. Традиционно глубина ствола 1 скважины описывается вдоль Z-оси, тогда как поперечное сечение представлено в плоскости, описываемой X-осью и Y-осью. Перед проведением с помощью каротажного зонда 10 скважинного каротажа пробуривают ствол 1 скважины в горную породу 2 с использованием такого бурильного оборудования, как показанное в фиг. 1.With reference now to FIG. 2 shows an exemplary wireline logging tool 10 for wellbore 1. Traditionally, the depth of the wellbore 1 is described along the Z-axis, while the cross-section is represented in the plane described by the X-axis and Y-axis. Before logging with the logging tool 10, the borehole 1 is drilled into the rock formation 2 using drilling equipment such as shown in FIG. one.

В некоторых вариантах исполнения ствол 1 скважины был заполнен, по меньшей мере, до некоторой степени буровым раствором 4. Буровой раствор 4 (также называемый глинистым буровым раствором) обычно включает смесь таких жидкостей, как вода, буровой раствор, промывочная жидкость, нефть, газы, и пластовые флюиды, какие могут находиться в местной окружающей среде. Хотя буровой раствор 4 может подаваться для бурильных работ, нет ни нужды, ни необходимости в исключении применения или присутствия бурового раствора 4 при работах по скважинному каротажу с использованием кабельного каротажа. Как правило, между наружной поверхностью каротажного зонда 10 и стенкой ствола 1 скважины будет существовать слой материалов. Этот слой называется слоем скважинного зазора и предусматривает толщину, называемую зазором, S.In some embodiments, the wellbore 1 has been filled, at least to some extent, with drilling fluid 4. The drilling fluid 4 (also called mud) typically includes a mixture of fluids such as water, drilling mud, drilling fluid, oil, gases, and formation fluids as may be found in the local environment. Although drilling fluid 4 may be supplied for drilling operations, it is neither necessary nor necessary to eliminate the use or presence of drilling fluid 4 during wireline well logging operations. Typically, a layer of materials will exist between the outer surface of the logging tool 10 and the wall of the borehole 1. This layer is called the borehole gap layer and provides a thickness called the gap, S.

Обсадная колонна 21 может быть вставлена в ствол 2 скважины для обеспечения его физической целостности. Обсадная колонна может быть сформирована в стволе 1 скважины, вставлена в него или иным образом размещена в стволе 1 скважины. Обсадная колонна 21 может быть сегментной или сплошной. Для целей обсуждаемой здесь темы обсадная колонна 21, как правило, включает разнообразные устройства для цементации снаружи обсадной колонны 21, а также внутреннюю трубу для добычи (такую как эксплуатационную насосно-компрессорную колонну).The casing 21 can be inserted into the wellbore 2 to ensure its physical integrity. The casing can be formed in the wellbore 1, inserted therein, or otherwise placed in the wellbore 1. The casing 21 can be segmented or solid. For the purposes of the topic discussed herein, the casing 21 typically includes a variety of cementation devices outside the casing 21 as well as an internal production tubing (such as a production tubing).

Как правило, при кабельном каротаже каротажный зонд 10 опускают в ствол 1 скважины с использованием талевого каната 8, подаваемого буровой вышкой 6 или подобным оборудованием. Как правило, талевый канат 8 включает подвесное устройство, такое как несущий нагрузку трос, а также другое устройство. Другое устройство может включать источник питания, канал связи (такой как проводной или оптический) и прочее такое оборудование. Как правило, талевый канат 8 выпускается из грузовика 9 с оборудованием для техобслуживания или другого подобного устройства (такого как станция технического обслуживания, опорный пункт и т.д.). Зачастую талевый канат 8 связан с поверхностным оборудованием 7. Поверхностное оборудование 7 может подавать электроэнергию на каротажный зонд 10, а также содержать средства для расчета и обработки информации по меньшей мере для одного из управления работой и анализа данных.Typically, in wireline logging, the logging tool 10 is lowered into the borehole 1 using a wireline 8 supplied by a rig 6 or the like. Typically, the wireline 8 includes a suspension device, such as a load carrying cable, as well as another device. The other device may include a power supply, a communications link (such as wired or optical), and other such equipment. Typically, the wireline 8 is released from a maintenance truck 9 or other similar device (such as a service station, strong point, etc.). Frequently, the wireline 8 is associated with surface equipment 7. The surface equipment 7 may provide electrical power to the logging tool 10, and may also contain means for calculating and processing information for at least one of operation control and data analysis.

При непрерывном каротаже каротажный зонд может перемещаться в стволе скважины несколькими путями. В некоторых вариантах исполнения каротажный зонд является перемещаемым на трубе, что означает то, что по меньшей мере часть каротажного зонда закрепляют на участке эксплуатационной насосно-компрессорной колонны перед опусканием в ствол скважины. Когда трубопроводную систему опускают в ствол скважины, каротажный зонд перемещается вместе с ней. В некоторых вариантах исполнения каротажный зонд перемещают на талевом канате, то есть опускают в ствол скважины подобным образом, как при кабельном каротаже. В некоторых вариантах исполнения каротажный зонд является перемещаемым на обсадной колонне, что означает то, что по меньшей мере часть каротажного зонда закрепляют на участке эксплуатационной обсадной колонны перед опусканием в ствол скважины. Возможны другие способы перемещения, как покажется целесообразным конструктору. Как перемещение на трубе, так и перемещение на талевом канате предусматривают модифицируемые конструкции, тогда как перемещение на обсадной колонне обычно требует, чтобы каротажный зонд был смонтирован во время заканчивания буровой скважины.With continuous logging, the logging tool can move in the borehole in several ways. In some embodiments, the logging tool is tubular movable, which means that at least a portion of the logging tool is anchored to the production tubing section prior to being lowered into the wellbore. When the pipeline system is lowered into the wellbore, the logging tool moves with it. In some embodiments, the logging tool is moved on a wireline, that is, lowered into the borehole in a similar manner to wireline logging. In some embodiments, the logging tool is movable on the casing, which means that at least a portion of the logging tool is secured to the production casing section prior to being lowered into the wellbore. Other ways of moving are possible, as it seems appropriate to the designer. Both tubular and wireline travel involve modifiable designs, while casing travel typically requires a logging tool to be mounted during completion of the borehole.

Как правило, прибор для непрерывного каротажа может быть соединен с постоянным скважинным кабелем (PDC). PDC может быть одно- или многожильным. Каждый провод может быть сплошным или многопроволочным. Провода могут быть изолированными, инкапсулированными, армированными или некоторыми комбинациями таковых. Кабель может быть рассчитан на передачу электроэнергии, либо мощности, либо информации, либо обеих; он также может быть предназначен для выдерживания значительной механической нагрузки, например, в вариантах исполнения с перемещением на талевом канате.Typically, a continuous logging tool can be connected to a permanent downhole cable (PDC). PDC can be single or stranded. Each wire can be solid or stranded. The wires can be insulated, encapsulated, armored, or some combination of these. The cable can be designed to transmit electricity, or power, or information, or both; it can also be designed to withstand significant mechanical stress, for example in wireline versions.

В некоторых вариантах исполнения мощность передается к эксплуатационно-каротажному зондуIn some embodiments, power is transmitted to the production logging tool.

- 4 038017- 4 038017

100 по оптоволоконному кабелю. Одно примерное устройство для передачи мощности по волокну представлено фирмой RLH Industries в Ориндж, Калифорния и продается как Power Over Fiber System (PoF).100 over fiber optic. One exemplary power-over-fiber device is available from RLH Industries in Orange, California and is marketed as the Power Over Fiber System (PoF).

Электронное устройство 13 может включать по меньшей мере один компонент из преобразователя мощности, контроллера, процессора и тому подобных. Как правило, электронное устройство 13 предусматривает управлением распределением мощности от силового блока 44 по меньшей мере на один из канала 43 связи и компонентов 15 обследования ствола скважины. Электронное устройство 13 может инициировать действия для сохранения энергии, такие как отключение по меньшей мере одного из канала 43 связи и компонентов 15 обследования ствола скважины. Сохранение энергии (также называемое режимом ожидания или спящим режимом) может быть инициировано, когда мощностный режим (такой как состояние зарядки) в силовом блоке 44 не отвечает желательному пороговому состоянию.Electronic device 13 may include at least one of a power converter, controller, processor, and the like. Typically, the electronic device 13 provides for controlling the distribution of power from the power unit 44 to at least one of the communication channel 43 and the wellbore survey components 15. The electronic device 13 can initiate energy conservation actions such as shutting off at least one of the communication channel 43 and the wellbore survey components 15. Energy conservation (also called sleep or sleep mode) can be triggered when the power mode (such as state of charge) in power unit 44 does not meet the desired threshold state.

В некоторых вариантах исполнения электронное устройство 13 регулирует разряд с подачей электроэнергии от энергоаккумулирующих устройств 42 многочисленных типов. Например, электронное устройство 13 может отводить мощность по меньшей мере из одного суперконденсатора для удовлетворения начальной пусковой нагрузки, которая может быть связана с некоторыми устройствами (такими как гидравлический канал 43 связи импульсами давления в буровом растворе). Таким образом, электронное устройство 13 может обеспечивать плавный пуск, тем самым увеличивая эксплуатационный срок службы по меньшей мере одной батареи в энергоаккумулирующем устройстве 42.In some embodiments, the electronic device 13 controls the discharge of electrical energy from the energy storage devices 42 of numerous types. For example, the electronic device 13 can divert power from at least one supercapacitor to satisfy the initial starting load, which can be associated with some devices (such as hydraulic communication channel 43 by pulses of pressure in the drilling fluid). Thus, the electronic device 13 can provide a soft start, thereby increasing the operational life of at least one battery in the energy storage device 42.

Электронное устройство 13 может надлежащим образом модифицировать мощность от силового блока 44. Например, электронное устройство 13 может моделировать мощность, производимую источником определенного типа (например, может моделировать мощность, подводимую батареей, в то же время выводимую на суперконденсатор); электронное устройство 13 может буферизовать мощность, генерировать импульсы мощности и иным образом в целом подавать мощность в режиме, который считается надлежащим.Electronic device 13 may appropriately modify the power from power unit 44. For example, electronic device 13 may simulate power produced by a certain type of source (eg, may simulate power supplied by a battery while being output to a supercapacitor); electronic device 13 may buffer power, generate power pulses, and otherwise generally supply power in a mode it deems appropriate.

Как правило, каротажный зонд 10 включает устройство для выполнения измерений в забое скважины или в стволе 1 скважины. Такое устройство включает, например, разнообразные компоненты 15 обследования ствола скважины. Примерные компоненты 15 обследования ствола скважины могут включать детекторы радиации, экранирование, датчики, преобразователи и многие из других разнообразных компонентов 15 обследования ствола скважины, известных в технологии. Компоненты 15 могут надлежащим образом сообщаться со скважинным электронным устройством 13. Измерения и прочие последовательные действия, которые могут быть проведены с использованием каротажного инструмента 10, главным образом выполняются для регистрации и квалификации присутствия углеводородов 5.Typically, the logging tool 10 includes a device for making measurements downhole or in the wellbore 1. Such a device includes, for example, various wellbore survey components 15. Exemplary wellbore survey components 15 may include radiation detectors, shields, sensors, transducers, and many of the various other wellbore survey components 15 known in the art. The components 15 can be properly communicated with the downhole electronic device 13. Measurements and other sequential actions that can be performed using the logging tool 10 are mainly performed to record and qualify the presence of hydrocarbons 5.

С обращением теперь к фиг. 3 показан один примерный эксплуатационно-каротажный зонд 100. Эксплуатационно-каротажный зонд 100 может быть размещен внутри ствола 1 скважины, где его оставляют после того, как другое оборудование извлечено. Эксплуатационно-каротажный зонд 100 может быть размещен в забое скважины с использованием другого оборудования, такого как устройство для позиционирования (не показано). В некоторых вариантах исполнения эксплуатационно-каротажный зонд 100 может включать элементы устройства для позиционирования (такие как двигатель и гусеничная цепь), так, чтобы эксплуатационно-каротажный зонд 100 был самоустанавливающимся.Referring now to FIG. 3, one exemplary production logging tool 100 is shown. The production logging tool 100 may be placed within the wellbore 1 where it is left after other equipment has been retrieved. The production tool 100 may be positioned downhole using other equipment, such as a positioner (not shown). In some embodiments, the production logging tool 100 may include positioning device elements (such as a motor and track chain) so that the production logging tool 100 is self-aligning.

Как только начинается добыча, буровой раствор 4 удаляют из ствола 1 скважины. Устанавливается течение углеводородов 5. Во время начала добычи поверх ствола 1 скважины размещают оборудование устья 30 ствола скважины. Оборудование устья 30 ствола скважины обеспечивает регулирование течения из ствола 1 скважины и предусматривает длительные периоды извлечения углеводородов 5. Как показано направленной вверх стрелкой, когда эксплуатационно-каротажный зонд 100 находится на своем месте, добыча (извлечение углеводородов 5) может продолжаться без ослабления.Once production begins, drilling fluid 4 is removed from the wellbore 1. The flow of hydrocarbons 5 is established. During the start of production, the wellhead equipment 30 is placed on top of the wellbore 1. The wellhead 30 provides control of the flow from the wellbore 1 and allows for long periods of hydrocarbon recovery 5. As shown by the upward arrow, when the production logging tool 100 is in place, production (hydrocarbon recovery 5) can continue unabated.

Со ссылкой теперь на фиг. 4, показаны компоненты одного примерного эксплуатационнокаротажного зонда 100. В этом примере эксплуатационно-каротажный зонд 100 включает компоненты 15 обследования ствола скважины, канал 43 связи, скважинное электронное устройство 13 и силовой блок 44. Силовой блок 44 снабжает электроэнергией эксплуатационно-каротажный зонд 100.Referring now to FIG. 4, the components of one exemplary production logging tool 100 are shown. In this example, production logging tool 100 includes borehole survey components 15, communication channel 43, downhole electronics 13, and power unit 44. Power unit 44 powers production tool 100.

Источник 401 питания, который включен в систему 115 энергоснабжения, может предусматривать разнообразные источники подводимой мощности. Источники подводимой мощности, как правило, могут быть подразделены на три категории. Категории включают первичные батареи, удаленные системы и генераторы.The power supply 401 that is included in the power supply system 115 may include a variety of power input sources. Power input sources can generally be divided into three categories. Categories include primary batteries, remote systems and generators.

Генератор 41 может включать генератор, приводимый в действие потоком (такой как генератор, приводимый в действие течением при добыче). Например, генератор 41 может включать роторный генератор, генератор, использующий энергию вибрации (такой как генератор деформационного типа), или генераторы мощности других типов. Устройства генерирования энергии других типов могут быть использованы по отдельности или в комбинации друг с другом. Примерные типы генераторов включают, без ограничения, роторные генераторы, электромагнитные деформационные генераторы, магнитострикционные деформационные генераторы, пьезоэлектрические деформационные генераторы, термоэлектрические генераторы, термофотогальванические генераторы и могут включать соединения с удаленными генераторами, такие как кабельное соединение с генератором или источником питания, которое находится на поверхности. Такие генераторы хорошо известны в промышленности. Как правило, выходная мощ- 5 038017 ность генератора 41 регулируется скважинным электронным устройством 13. Однако выходная мощность может регулироваться встроенным генератором 41, тем самым обеспечивая прямое соединение от генератора 41 с энергоаккумулирующим устройством 42. Примерное энергоаккумулирующее устройство 42 включает батареи разнообразных форм, суперконденсаторы и тому подобные. В некоторых вариантах исполнения энергоаккумулирующее устройство 42 (и/или другие компоненты эксплуатационнокаротажного зонда 100) являются заменяемыми и могут быть отключены в ходе технического обслуживания буровой скважины, например, с помощью кабельного инструмента, который позволяет оператору проводить дистанционное управление.The generator 41 may include a flow driven generator (such as a flow driven generator). For example, the generator 41 may include a rotary generator, a vibratory generator (such as a strain-type generator), or other types of power generators. Other types of power generation devices can be used individually or in combination with each other. Exemplary generator types include, but are not limited to, rotary generators, electromagnetic strain generators, magnetostrictive strain generators, piezoelectric strain generators, thermoelectric generators, thermophotovoltaic generators, and may include connections to remote generators such as a cable connection to a generator or power source that is located on the surface. ... Such generators are well known in the industry. Typically, the output power of the generator 41 is controlled by the downhole electronic device 13. However, the output power can be controlled by the built-in generator 41, thereby providing a direct connection from the generator 41 to the energy storage device 42. An exemplary energy storage device 42 includes batteries of various shapes, supercapacitors and the like. In some embodiments, the energy storage device 42 (and / or other components of the production logging tool 100) are replaceable and can be disabled during borehole maintenance, such as with a cable tool that allows an operator to remotely control it.

Один примерный канал 43 связи включает компоненты для выполнения электромагнитной (EM) телеметрии, где сигналы могут быть переданы через обсадную колонну 21 и/или окружающую среду с использованием электрических, магнитных или электромагнитных полей. Подобным образом, канал связи может действовать через обсадную колонну 21 (более конкретно, например, через металлическую насосно-компрессорную колонну или с использованием обсадной колонны 21 в качестве волновода). Связь может быть организована посредством гидравлических импульсов в текучей среде, через оптические каналы, через проводные системы и другими способами, как это может быть известно в технологии или будет разработано позже.One exemplary communication channel 43 includes components for performing electromagnetic (EM) telemetry, where signals can be transmitted through the casing 21 and / or the environment using electric, magnetic, or electromagnetic fields. Likewise, the communication link can operate through the casing 21 (more specifically, for example, through a metal tubing or using the casing 21 as a waveguide). Communication can be organized by hydraulic pulses in the fluid, through optical channels, through wired systems, and in other ways, as may be known in the art or will be developed later.

Некоторые варианты исполнения эксплуатационно-каротажного зонда 100 включают такие, которые размещены в оболочке, который представляет собой кольцеобразный цилиндр, тем самым с проведением потока через эксплуатационно-каротажный зонд 100. Другие варианты исполнения могут включать сплошную цилиндрическую форму с малой площадью поперечного сечения (то есть с малым диаметром). Эксплуатационно-каротажный зонд 100 может включать раздвижные кронштейны или другие компоненты (не показаны), которые содействуют, например, размещению и/или удерживанию в стволе скважины. Короче говоря, эксплуатационно-каротажный зонд 100 в общем может иметь любую физическую форму, желательную для конструкторов, изготовителей, операторов и тому подобных.Some embodiments of the production logging tool 100 include those that are housed in a shell that is an annular cylinder, thereby directing flow through the production logging tool 100. Other embodiments may include a solid cylindrical shape with a small cross-sectional area (i.e. with small diameter). Production logging tool 100 may include expandable arms or other components (not shown) that aid, for example, placement and / or retention in a wellbore. In short, the production logging tool 100 can generally have any physical shape desired by designers, manufacturers, operators, and the like.

В некоторых вариантах исполнения каротажный зонд перемещают с помощью носителя - специально предназначенной секции насосно-компрессорной колонны, которая несет на себе каротажный зонд, когда насосно-компрессорную колонну опускают в ствол скважины. Носитель представляет собой кольцеобразный цилиндр, который обеспечивает протекание потока через свою центральную часть. Носитель может быть рассчитан на фиксирование каротажного зонда так, чтобы он имел сплошную цилиндрическую форму. В альтернативном варианте каротажный зонд может быть спроектирован как часть носителя. В любом случае носитель может быть предназначен для обеспечения доступа каротажного зонда как к внутренности насосно-компрессорной колонны, так и к наружному затрубному пространству. Доступ через стенку насосно-компрессорной колонны может быть достигнут с помощью проема, предусмотренного в носителе - механически выполненного отверстия или иным образом пассивного участка носителя для пропускания разнообразных параметров, будь то электрические, термические, имеющие отношение к давлению, или прочие.In some embodiments, the logging tool is moved by a carrier — a dedicated section of tubing that carries the logging tool when the tubing is lowered into the wellbore. The carrier is an annular cylinder that allows flow to flow through its central part. The carrier can be designed to anchor the logging tool so that it has a solid cylindrical shape. Alternatively, the logging tool can be designed as part of the carrier. In either case, the carrier can be designed to provide the logging tool with access to both the interior of the tubing and the outside of the annulus. Access through the tubing wall can be achieved through an opening provided in the carrier - a mechanically made hole or otherwise passive portion of the carrier to pass a variety of parameters, whether electrical, thermal, pressure-related, or otherwise.

Как было упомянуто выше, примерное энергоаккумулирующее устройство 42 включает суперконденсатор. В некоторых вариантах исполнения энергоаккумулирующее устройство 42 приспособлено для работы при высокой температуре (например, вплоть до около 210°С). Другие компоненты, которые могут быть использованы в энергоаккумулирующем устройстве 42, включают, например, перезаряжаемые батареи, обратимые топливные элементы и тому подобные. Короче говоря, разнообразные варианты исполнения энергоаккумулирующего устройства 42 включают формы, пригодные для работы при повышенных температурах и проявляющие длительный срок службы. Один примерный суперконденсатор описан здесь далее со ссылкой на фиг. 8.As mentioned above, an exemplary energy storage device 42 includes a supercapacitor. In some embodiments, the energy storage device 42 is adapted to operate at high temperatures (eg, up to about 210 ° C). Other components that can be used in energy storage device 42 include, for example, rechargeable batteries, reversible fuel cells, and the like. In short, the various embodiments of the energy storage device 42 include shapes that are suitable for operation at elevated temperatures and exhibit a long service life. One exemplary supercapacitor is described hereinafter with reference to FIG. eight.

В некоторых вариантах исполнения каротажное оборудование 100 для эксплуатационных скважин приспособлено для применения без энергоаккумулирующего устройства 42 (или с неработающим энергоаккумулирующим устройством 42). В некоторых из этих вариантов исполнения мощность из других компонентов силового блока 44 используется для питания скважинного электронного устройства 13 и других компонентов, которые нуждаются в электропитании.In some embodiments, the production logging equipment 100 is adapted for use without energy storage device 42 (or with an inoperative energy storage device 42). In some of these embodiments, power from other components of the power unit 44 is used to power the downhole electronics 13 and other components that need power.

Скважинный каротажный зонд 100 может быть использован в качестве автономной системы, в комбинации с другими скважинным каротажными зондами 100 (такими, чтобы обеспечивать локальные измерения, а также передачу данных между другими скважинными каротажными зондами 100) или в любой конфигурации, которая представляется целесообразной. В некоторых вариантах исполнения может быть желательным исключение канала 43 связи и для упрощения применения эксплуатационнокаротажного зонда 100 в качестве каротажного устройства, которое позже извлекают. В этих вариантах исполнения данные могут быть скачаны из эксплуатационно-каротажного зонда 100, когда эксплуатационно-каротажный зонд 100 оказывается на поверхности.The downhole logging tool 100 can be used as a stand-alone system, in combination with other downhole logging tools 100 (such as to provide local measurements as well as data transfer between other downhole logging tools 100) or in any configuration that seems appropriate. In some embodiments, it may be desirable to eliminate the communication channel 43 and to facilitate the use of the production logging tool 100 as a logging tool that is later retrieved. In these embodiments, data may be downloaded from the production tool 100 when the production tool 100 is at the surface.

Как правило, варианты исполнения эксплуатационно-каротажного зонда 100 предусматривают оснащение для регистрации по меньшей мере одного параметра из температуры окружающей среды, величины расхода потока, давления в окружающей среде, уровней радиации в окружающей среде и/или индуцированной (например, гамма-излучения), удельного сопротивления, плотности текучих сред, емкостных характеристик текучих сред, диэлектрических свойств текучих сред и пористости окружающих плаTypically, embodiments of the production logging tool 100 include equipment for recording at least one parameter of ambient temperature, flow rate, ambient pressure, environmental radiation levels and / or induced (e.g., gamma radiation), resistivity, density of fluids, capacitive characteristics of fluids, dielectric properties of fluids, and porosity of surrounding plates

- 6 038017 стов 3.- 6 038017 stow 3.

В некоторых вариантах исполнения соединение 45 с источником питания включает проводное соединение с источником энергоснабжения на поверхности. В некоторых вариантах исполнения беспроводные (EM (электромагнитные)) сигналы (такие как сигнал с очень низкой частотой) могут быть использованы для передачи мощности, где эксплуатационно-каротажный зонд 100 включает приемник для получения мощности. В дополнительных вариантах исполнения для передачи мощности могут быть применены талевый канат или трубопровод для прокладки провода. В некоторых дополнительных вариантах исполнения можно рассчитывать на волновод (такой как обсадная колонна 21), чтобы обеспечить передачу мощности.In some embodiments, power supply connection 45 includes a wired connection to a surface power supply. In some embodiments, wireless (EM (electromagnetic)) signals (such as a very low frequency signal) can be used to transmit power, where the logging tool 100 includes a receiver to receive power. In additional versions, a wire rope or a conduit for laying a wire can be used for power transmission. In some additional embodiments, a waveguide (such as casing 21) can be relied on to provide power transmission.

С обращением теперь к фиг. 5 показана одна примерная конфигурация с использованием многочисленных эксплуатационно-каротажных зондов 100. В этом примере многочисленные эксплуатационнокаротажные зонды 100 распределены внутри ствола 1 скважины. Эксплуатационно-каротажный зонд 100 первого типа размещен в забойной зоне ствола 1 скважины. Этот тип преимущественно может включать компоненты, которые нецелесообразно размещать в промежуточном месте в стволе 1 скважины. Например, эксплуатационно-каротажный зонд 100 донного типа может включать дополнительное энергоаккумулирующее устройство 42, дополнительные компоненты 15 обследования ствола скважины и/или генераторы 41 других типов, которые обычно не размещают на промежуточном участке ствола 1 скважины. Применяется эксплуатационно-каротажный зонд 100 второго типа (для удобства называемый промежуточным типом или другими подобными терминами). В этом примере эксплуатационно-каротажные зонды 100 обоих типов жестко закреплены внутри обсадной колонны. Один вариант исполнения устройства для размещения эксплуатационно-каротажного зонда 100 внутри обсадной колонны 12 предусматривает, например, центратор 69. Промежуточный тип может быть выполнен имеющим малую площадь поперечного сечения и поэтому создающим минимальные сокращения добычи или течения углеводородов 5.Referring now to FIG. 5 shows one exemplary configuration using multiple production logs 100. In this example, multiple production logs 100 are dispersed within the wellbore 1. Production logging probe 100 of the first type is placed in the bottomhole zone of the wellbore 1. This type may advantageously include components that are impractical to be placed at an intermediate location in the wellbore 1. For example, the bottom-type production logging tool 100 may include an additional energy storage device 42, additional borehole survey components 15, and / or other types of generators 41 that are not typically located in the intermediate section of the wellbore 1. A second type production logging tool 100 (referred to as intermediate type or other similar terms for convenience) is used. In this example, both types of production logs 100 are rigidly anchored within the casing. One embodiment of the device for placing the production logging tool 100 within the casing string 12 provides, for example, a centralizer 69. The intermediate type can be made having a small cross-sectional area and therefore creating minimal reductions in production or flow of hydrocarbons 5.

Промежуточный эксплуатационно-каротажный зонд 100 может быть использован для проведения скважинного каротажа на участках вдоль длины ствола 1 скважины. Это может быть полезным, помимо всего прочего, для охарактеризования или обнаружения истощения углеводородов 5 в окружающей горной породе 2. Дополнительно, каждый из промежуточных эксплуатационно-каротажных зондов 100 может быть оснащен двусторонней связью, чтобы каждый соответствующий промежуточный эксплуатационно-каротажный зонд 100 мог пропускать данные от еще одного эксплуатационно-каротажного зонда 100 вдоль ствола 1 скважины и в конечном итоге в приемник на поверхности. Этот последний вариант исполнения может быть применен, например, для улучшения надежности связи, диапазона и/или ширины полосы пропускания.An intermediate production logging tool 100 can be used to log downhole sections along the length of the wellbore 1. This can be useful, inter alia, for characterizing or detecting depletion of hydrocarbons 5 in the surrounding rock 2. Additionally, each of the intermediate production logging tools 100 may be equipped with two-way communication so that each corresponding intermediate production logging tool 100 can pass data through. from another production logging tool 100 along the wellbore 1 and ultimately to a receiver at the surface. This latter embodiment can be applied, for example, to improve communication reliability, range and / or bandwidth.

Один пример эксплуатационно-каротажного зонда 100 показан более подробно с дополнительным привлечением фиг. 6.One example of a production logging tool 100 is shown in more detail with the addition of FIG. 6.

Теперь с привлечением также фиг. 6 показан один вариант исполнения эксплуатационнокаротажного зонда 100. В этом примере эксплуатационно-каротажный зонд 100 включает многочисленные генераторы 41 (то есть генераторы роторного типа). Поток углеводородов 5 внутри ствола 1 скважины направляется в кожух, который окружает лопасти турбины и обусловливает выработку генератором 41 электроэнергии. После протекания через лопасти турбины поток выходит через боковые выпускные отверстия 71 и продолжает подниматься вдоль ствола 1 скважины. В этом варианте исполнения эксплуатационно-каротажный зонд 100 может быть удобно и надежно размещен по центру ствола 1 скважины с помощью центратора 69 (как показано в фиг. 6).Now referring also to FIG. 6 shows one embodiment of the production logging tool 100. In this example, the production logging tool 100 includes multiple generators 41 (i.e., rotary-type generators). The flow of hydrocarbons 5 inside the wellbore 1 is directed into a casing that surrounds the turbine blades and causes the generator 41 to generate electricity. After flowing through the turbine blades, the flow exits through the side outlets 71 and continues to rise along the wellbore 1. In this embodiment, the production logging tool 100 can be conveniently and securely positioned in the center of the wellbore 1 using a centralizer 69 (as shown in FIG. 6).

Когда в эксплуатационно-каротажный зонд 100 включены многочисленные генераторы 41 (некоторые варианты исполнения предусматривают только один генератор 41), поток углеводородов 5 может быть направлен вокруг каждого из генераторов 41. То есть серия боковых выпускных отверстий 71 может быть выполнена таким образом, чтобы быть согласованной с каждым из генераторов 41. Каждая серия боковых выпускных отверстий 71 в основном включает заслонку (такую как поворотная заслонка, не показано) для закрывания соответствующих боковых выпускных отверстий 71. Соответственно этому оператор может избирательно приводить в действие каждый из генераторов 41 (или электронное устройство 13 может быть конфигурировано для автоматического переключения между генераторами 41). Таким образом, когда каждый из генераторов 41 достигает конца своего срока службы, еще один из генераторов 41 может быть введен в эксплуатацию, тем самым обеспечивая длительный срок службы эксплуатационно-каротажного зонда 100.When multiple generators 41 are included in the production logging tool 100 (some embodiments provide only one generator 41), the flow of hydrocarbons 5 can be directed around each of the generators 41. That is, the series of side outlets 71 can be configured to be matched with each of the generators 41. Each series of side outlets 71 generally includes a damper (such as a butterfly valve, not shown) for closing the respective side outlets 71. Accordingly, an operator can selectively operate each of the generators 41 (or the electronic device 13 can be configured to automatically switch between generators 41). Thus, when each of the generators 41 reaches the end of its life, another of the generators 41 can be put into operation, thereby providing a long service life for the production logging tool 100.

С обращением теперь к фиг. 7 показан еще один вариант исполнения эксплуатационно-каротажного зонда 100. Будучи размещенным на своем месте, эксплуатационно-каротажный зонд 100 начинает проводить каротаж и отслеживать значения разнообразных параметров. В этом варианте исполнения эксплуатационно-каротажный зонд 100 включает модульный канал 43 связи, который содержит многочисленные отдельные и физически отделяемые элементы (то есть модули 81). Связь обеспечивается с периодическими интервалами, такими как раз в месяц, когда эксплуатационно-каротажный зонд 100 записывает объединенные данные в один из многочисленных модулей 81. Каждый модуль 81 может включать, например, источник питания (такой как керамический конденсатор), блок памяти (такой как микроSD-карта или эквивалентный) и устройство дистанционной идентификации (такое как устройство радио- 7 038017 частотной идентификации (RFID, радиометка) (или антенну)). Каждый из модулей 81 может быть связан с эксплуатационно-каротажным зондом 100 посредством шины 82. Как правило, шина 82 включает компоненты для распределения мощности и сообщения с каждым из модулей 81. Дополнительно, шина 82 включает многочисленные высвобождающие устройства (такие как электромагнитные или электромеханические спусковые устройства) для избирательного высвобождения каждого из модулей 81.Referring now to FIG. 7, another embodiment of the production logging tool 100 is shown. Once in place, the production logging tool 100 begins to log and track various parameter values. In this embodiment, the production logging tool 100 includes a modular communication channel 43 that contains numerous separate and physically detachable elements (i.e., modules 81). Communication is provided at periodic intervals, such as once a month, when the production tool 100 writes the combined data to one of multiple modules 81. Each module 81 may include, for example, a power supply (such as a ceramic capacitor), a memory unit (such as microSD card or equivalent) and a remote identification device (such as a radio frequency identification device (RFID, RFID) (or antenna)). Each of the modules 81 may be coupled to the production logging tool 100 via a bus 82. Typically, the bus 82 includes components for power sharing and communication with each of the modules 81. Additionally, the bus 82 includes multiple release devices (such as electromagnetic or electromechanical triggers device) to selectively release each of the modules 81.

Когда завершается каждый интервал, эксплуатационно-каротажный зонд 100 обеспечивает то, что подходящий набор данных сохраняется в выбранном блоке памяти, например, один из многочисленных модулей 81 может быть запитан зарядом от встроенного источника питания, запрограммирован блок памяти (то есть данные записаны в память), и затем модуль 81 высвобожден в поток углеводородов 5. Затем поток выносит модуль 81 вдоль ствола 1 скважины. Как только высвобожденный модуль 81 приближается к устью 30 ствола скважины, где производится извлечение углеводородов 5, срабатывает устройство дистанционной идентификации модуля 81. Например, RFID-детектор (не показан) обнаруживает радиометку (не показана). Будучи зарегистрированным, обнаруженный сигнал может быть послан оператору и/или в автоматизированную систему (такую как клапан с приводом от двигателя) для отведения модуля 81 в пункт приема.When each interval ends, the production logging tool 100 ensures that a suitable set of data is stored in the selected memory unit, for example, one of the multiple modules 81 can be powered by an on-board power supply, the memory unit programmed (i.e., the data is written to memory) and then the module 81 is released into the hydrocarbon stream 5. The stream then carries the module 81 along the wellbore 1. As soon as the released module 81 approaches the wellhead 30 of the wellbore where hydrocarbons 5 are extracted, the remote identification device of the module 81 is triggered. For example, an RFID detector (not shown) detects a RFID tag (not shown). Once registered, the detected signal can be sent to the operator and / or to an automated system (such as a motor-driven valve) to guide the module 81 to a receiving point.

Когда оператор извлекает модуль 81, он затем может скачать данные. Из буровой скважины преимущественно могут быть получены очень высокодетализированные данные (данные, полученные при частом отборе образцов и/или регистрации многообразных характеристик и параметров). Кроме того, данные могут быть коррелированы с другими буровыми скважинами, такими как другие близко расположенные скважины. Соответственно этому тогда может быть охарактеризована динамика добычи для всего нефтепромысла. Это дает нефтепромышленникам понимание для разработки дополнительных скважин, истощения существующих скважин и прочие представления о производственной деятельности.When the operator retrieves the module 81, he can then download the data. Very highly detailed data (data obtained from frequent sampling and / or recording of a variety of characteristics and parameters) can advantageously be obtained from the borehole. In addition, the data can be correlated with other boreholes, such as other nearby boreholes. Accordingly, the production dynamics for the entire oil field can then be characterized. This provides oil operators with insight for developing additional wells, depleting existing wells, and other operational insights.

В некоторых вариантах исполнения канал 43 связи включает оптоволоконный элемент (не показан). Оптоволоконный элемент может быть использован для сообщения непосредственно от эксплуатационнокаротажного зонда 100 с оптоволоконным приемником сигнала на поверхности. Оптоволоконный элемент также может быть применен в качестве интерферометра и дает пользователям дополнительную информацию, которая может быть собрана из него. Один примерный вариант исполнения оптоволоконного интерферометра приведен в патентной заявке США № 12/368576, озаглавленной Fiber Optic Sensor System Using White Light Interferometry (Оптоволоконная сенсорная система с использованием интерферометрии белого света), которая включена здесь ссылкой во всей своей полноте.In some embodiments, the communication channel 43 includes a fiber optic element (not shown). The fiber optic element can be used to communicate directly from the production logging probe 100 to the fiber optic signal receiver at the surface. The fiber optic element can also be applied as an interferometer and gives users additional information that can be gathered from it. One exemplary embodiment of a fiber optic interferometer is disclosed in US Patent Application No. 12 / 368,576 entitled Fiber Optic Sensor System Using White Light Interferometry, which is incorporated herein by reference in its entirety.

В качестве обзора источник 115 питания обычно включает энергоаккумулирующее устройство и генератор для выработки электрической энергии. Энергоаккумулирующее устройство может включать любой практикуемый в технологии тип. В разнообразных вариантах исполнения энергоаккумулирующее устройство включает по меньшей мере один суперконденсатор (который описывается ниже со ссылкой на фиг. 3). Как правило, в каждом примере энергоаккумулирующее устройство предусматривает Высокотемпературное Перезаряжаемое Устройство для Хранения Энергии (HTRES). В некоторых вариантах исполнения HTRES конфигурировано для работы при температуре, которая находится в диапазоне температур между около 80 до около 210°С.As an overview, power supply 115 typically includes an energy storage device and a generator for generating electrical power. The energy storage device can include any type practiced in technology. In various embodiments, the energy storage device includes at least one supercapacitor (which is described below with reference to FIG. 3). Typically, in each example, the energy storage device provides a High Temperature Rechargeable Energy Storage Device (HTRES). In some embodiments, the HTRES is configured to operate at a temperature that ranges between about 80 ° C to about 210 ° C.

Дополнительные варианты исполнения HTRES включают, без ограничения, химические батареи, алюминиевые электролитические конденсаторы, танталовые конденсаторы, керамические и металлопленочные конденсаторы, гибридные конденсаторы для хранения энергии магнитного поля, например катушки индуктивности с воздушным сердечником или с высокотемпературным материалом сердечника. Другие типы, которые также могут быть пригодными, включают, например, устройства для хранения механической энергии, такие как маховики, пружинные системы, пружинно-массовые системы, массовые системы, термоемкостные системы (например, такие, которые основаны на жидкостях или твердых материалах с высокой теплоемкостью или на материалах с легким переходом из одной фазы в другую), гидравлические или пневматические системы. Один пример представляет высокотемпературный гибридный конденсатор, производимый фирмой Evans Capacitor Company, Провиденс, Род-Айленд, США, каталожный номер HC2D060122 DSCC10004-16, рассчитанный на температуру 125°С. Еще одним примером является высокотемпературный танталовый конденсатор, производимый фирмой Evans Capacitor Company, Провиденс, Род-Айленд, США, каталожный номер HC2D050152HT, рассчитанный на температуру 200°С. Еще один дополнительный пример представляет алюминиевый электролитический конденсатор от фирмы EPCOS, Мюнхен, Германия, каталожный номер B41691A8107Q7, который рассчитан на температуру 150°. Еще один дополнительный пример представляет индуктор от фирмы Panasonic, Токио, Япония, каталожный номер ETQ-P5M470YFM, рассчитанный на температуру 150°С. Дополнительные варианты исполнения доступны от фирмы Saft, Баньоле, Франция (каталожный номер Li-ion VL 32600125), действующий при температуре до 125°С с 30 циклами заряда-разряда, а также Li-ионная батарея (экспериментальная), работающая при температуре до около 250°С и находящаяся в стадии экспериментов, проводимых сотрудниками Sadoway, Hu, фирмы Solid Energy, в Кембридже, Массачусетс.Additional HTRES options include, but are not limited to, chemical batteries, aluminum electrolytic capacitors, tantalum capacitors, ceramic and metal film capacitors, hybrid capacitors for storing magnetic field energy, such as air core inductors or high temperature core material. Other types that may also be suitable include, for example, mechanical energy storage devices such as flywheels, spring systems, spring-mass systems, bulk systems, thermal capacitive systems (for example, those based on liquids or solids with high heat capacity or on materials with an easy transition from one phase to another), hydraulic or pneumatic systems. One example is a high temperature hybrid condenser manufactured by Evans Capacitor Company, Providence, RI, USA, catalog number HC2D060122 DSCC10004-16, rated for 125 ° C. Another example is a high temperature tantalum capacitor manufactured by Evans Capacitor Company, Providence, RI, USA, catalog number HC2D050152HT, rated for 200 ° C. Another additional example is an aluminum electrolytic capacitor from EPCOS, Munich, Germany, catalog number B41691A8107Q7, which is rated for 150 ° C. Another additional example is an inductor from Panasonic, Tokyo, Japan, catalog number ETQ-P5M470YFM, rated for 150 ° C. Additional versions are available from Saft, Bagnolet, France (catalog number Li-ion VL 32600125) operating at temperatures up to 125 ° C with 30 charge / discharge cycles, and a Li-ion battery (experimental) operating at temperatures up to approx. 250 ° C and undergoing experimentation by Sadoway, Hu, Solid Energy, Cambridge, Massachusetts.

В качестве предмета рассматриваемой темы варианты исполнения обсуждаемого здесь источника 115 питания включают применение высокотемпературного суперконденсатора, однако это не ограничи- 8 038017 вается технологиями, которые могут быть привлечены в энергоаккумулирующем устройстве источникаAs the subject of the topic under consideration, the options for the execution of the power supply 115 discussed here include the use of a high-temperature supercapacitor, but this is not limited to technologies that can be involved in the energy storage device of the source

115 питания. Теперь приводятся примерные формы суперконденсатора, пригодного для применения в качестве высокотемпературного энергоаккумулирующего устройства.115 power supply. Exemplary forms of a supercapacitor suitable for use as a high temperature energy storage device are now provided.

Здесь представлен конденсатор, который обеспечивает для пользователей улучшенные технические характеристики в пределах широкого диапазона температур. Например, конденсатор может действовать при температурах, варьирующих от столь низких, как около -40°С, до таких высоких, как около 210°С. В некоторых вариантах исполнения конденсатор работоспособен при температурах, варьирующих от около 80°С до столь высоких, как около 210°С.Here is a capacitor that provides users with improved performance over a wide temperature range. For example, the condenser can operate at temperatures ranging from as low as about -40 ° C to as high as about 210 ° C. In some embodiments, the capacitor is operable at temperatures ranging from about 80 ° C to as high as about 210 ° C.

Как правило, конденсатор включает энергоаккумулирующую среду, которая приспособлена для создания высокой удельной мощности и высокой плотности энергии по сравнению с прототипными устройствами. Конденсатор включает компоненты, которые конфигурированы для обеспечения работы в температурном диапазоне, и включает любые одну или более из разнообразных форм электролита, которые подобным образом рассчитаны на температурный диапазон. Комбинация конструкции, энергоаккумулирующей среды и электролита дает в результате емкости для обеспечения устойчивой работы при экстремальных условиях. Чтобы обрисовать некоторые перспективы, теперь приведены аспекты одного примерного варианта исполнения.Typically, the capacitor includes an energy storage medium that is adapted to generate a high power density and high energy density compared to prototype devices. The capacitor includes components that are configured to operate over a temperature range, and includes any one or more of a variety of forms of electrolyte that are similarly rated for a temperature range. The combination of design, energy storage medium and electrolyte results in capacities to ensure stable operation under extreme conditions. To outline some perspectives, aspects of one exemplary embodiment are now given.

Как показано в фиг. 8, изображен один примерный вариант исполнения конденсатора. В этом случае конденсатор представляет собой суперконденсатор 210. Примерный суперконденсатор 210 представляет собой конденсатор с двойным электрическим слоем (ELDC). ELDC включает по меньшей мере одну пару электродов 203 (где электроды 203 могут называться по отдельности как один из отрицательного электрода 203 и положительного электрода 203, однако это справедливо только для целей упоминания здесь). Будучи введенным при сборке в суперконденсатор 210, каждый из электродов 203 имеет двойной электрический слой из зарядов на поверхности раздела с электролитом. В некоторых вариантах исполнения присутствуют многочисленные электроды 203 (например, в некоторых вариантах исполнения включены по меньшей мере две пары электродов 203). Для целей обсуждения показана только одна пара электродов 203. По традиции, здесь по меньшей мере для одного из электродов 203 используют энергоаккумулирующую среду 201 на углеродной основе (как здесь обсуждается далее) для обеспечения хранения энергии. Однако для целей обсуждения здесь в общем предполагается, что каждый из электродов включает энергоаккумулирующую среду 201 на углеродной основе. Следует отметить, что электролитический конденсатор отличается от суперконденсатора, поскольку в электролитическом конденсаторе металлические электроды обычно значительно различаются (по меньшей мере, на порядок величины) по площади.As shown in FIG. 8, one exemplary embodiment of a capacitor is shown. In this case, the capacitor is a supercapacitor 210. An exemplary supercapacitor 210 is an electric double layer capacitor (ELDC). The ELDC includes at least one pair of electrodes 203 (where the electrodes 203 may be referred to separately as one of the negative electrode 203 and the positive electrode 203, however, this is true only for the purposes of reference here). When inserted into supercapacitor 210 during assembly, each of the electrodes 203 has an electrical double layer of charges at the electrolyte interface. In some embodiments, multiple electrodes 203 are present (eg, in some embodiments, at least two pairs of electrodes 203 are included). For purposes of discussion, only one pair of electrodes 203 is shown. Traditionally, at least one of the electrodes 203 uses a carbon-based energy storage medium 201 (as discussed hereinafter) to provide energy storage. However, for purposes of discussion herein, it is generally assumed that each of the electrodes includes a carbon-based energy storage medium 201. It should be noted that an electrolytic capacitor is different from a supercapacitor, since in an electrolytic capacitor, the metal electrodes usually differ significantly (at least by an order of magnitude) in area.

Каждый из электродов 203 включает соответствующий токовый коллектор 202 (также называемый зарядным коллектором). В некоторых вариантах исполнения электроды 203 разделены сепаратором 205. Как правило, сепаратор 205 представляет собой тонкий конструкционный материал (обычно лист), используемый для отделения отрицательного электрода 203 от положительного электрода 203. Сепаратор 205 также может служить для разделения участков электродов 203. Будучи в собранном состоянии, электроды 203 и сепаратор 205 образуют аккумуляторный элемент 212. Следует отметить, что в некоторых вариантах исполнения энергоаккумулирующая среда 201 на углеродной основе может быть не включена в один или оба из электродов 203. То есть в некоторых вариантах исполнения соответственный электрод 203 мог бы состоять только из токового коллектора 202. Материал, используемый для формирования токового коллектора 202, мог бы быть сделан шероховатым, анодированным или тому подобным для увеличения его площади поверхности. В этих вариантах исполнения токовый коллектор 202 сам по себе может служить в качестве электрода 203. Однако, имея это в виду, как применяемый здесь термин электрод 203 в целом имеет отношение к сочетанию энергоаккумулирующей среды 201 и токового коллектора 202 (но это не является ограниченным, по меньшей мере, по вышеуказанным соображениям).Each of the electrodes 203 includes a respective current collector 202 (also called a charge collector). In some embodiments, the electrodes 203 are separated by a separator 205. Typically, the separator 205 is a thin structural material (usually a sheet) used to separate the negative electrode 203 from the positive electrode 203. The separator 205 can also serve to separate the portions of the electrodes 203. When assembled state, the electrodes 203 and separator 205 form the battery cell 212. It should be noted that in some embodiments, the carbon-based energy storage medium 201 may not be included in one or both of the electrodes 203. That is, in some embodiments, the respective electrode 203 could be only from the current collector 202. The material used to form the current collector 202 could be roughened, anodized, or the like to increase its surface area. In these embodiments, current collector 202 itself may serve as electrode 203. However, with this in mind, how the term electrode 203 as used herein generally refers to the combination of energy storage medium 201 and current collector 202 (but is not limited to, at least for the above reasons).

Суперконденсатор 210 содержит электролит 206 по меньшей мере в одной форме. Электролит 206 заполняет поровые пространства в электродах 203 и между ними и сепаратором 205. Как правило, электролит 206 представляет собой вещество, которые диссоциирует на электрически заряженные ионы. В некоторых вариантах исполнения, если уместно, электролит может содержать растворитель, в котором растворено вещество. Электролит 206 проводит электрический ток в результате ионного транспорта.Supercapacitor 210 contains electrolyte 206 in at least one form. Electrolyte 206 fills the pore spaces in and between electrodes 203 and separator 205. Typically, electrolyte 206 is a substance that dissociates into electrically charged ions. In some embodiments, if appropriate, the electrolyte may contain a solvent in which the substance is dissolved. Electrolyte 206 conducts electrical current by ionic transport.

Как правило, аккумуляторный элемент 212 формируют с приданием одной из рулонной формы или призматической формы, который затем помещают в цилиндрическую или призматическую оболочку 207. После того как был введен электролит 206, оболочка 207 может быть герметично закрыта. В разнообразных примерах сборный узел герметично закупоривают способами, в которых используют лазерные, ультразвуковые и/или сварочные технологии. В дополнение к созданию прочной физической защиты аккумуляторного элемента 212 оболочка 207 конфигурирована для наружного контактирования, обеспечивая электрическое соединение с соответствующими выводами 208 внутри оболочки 207. Каждый из выводов 208, в свою очередь, создает электрический доступ к энергии, сохраняемой в энергоаккумулирующей среде 201, как правило, через электрические проводники, которые присоединены к энергоаккумулирующей среде 201.Typically, the battery cell 212 is formed into one of a roll or prismatic shape, which is then placed in a cylindrical or prismatic casing 207. After the electrolyte 206 has been introduced, the casing 207 can be sealed. In various examples, the assembly is hermetically sealed by methods that use laser, ultrasonic and / or welding techniques. In addition to providing strong physical protection for the battery cell 212, the enclosure 207 is configured for external contact, providing electrical connection to corresponding terminals 208 within the enclosure 207. Each of the terminals 208, in turn, provides electrical access to the energy stored in the energy storage medium 201, as usually through electrical conductors that are connected to the energy storage medium 201.

- 9 038017- 9 038017

Как обсуждаемый здесь, термин герметично имеет отношение к уплотнению, качество которого (то есть скорость утечки) определяется в единицах атм-см3/с, которые означают один кубический сантиметр газа (например, гелия (He)) в секунду при атмосферном давлении и температуре окружающей среды. Это эквивалентно выражению в единицах стандартный He-см3/с. Кроме того, понятно, что величина 1 атм-см3/с равна 1,01325 мбар-л/с. В общем, представляемый здесь суперконденсатор 210 способен обеспечивать герметичное уплотнение, которое имеет скорость утечки не более чем около 5,0х10-6 атм-см3/с и может проявлять скорость утечки не выше чем около 5,0х10-10 атм-см3/с. Также предполагается, что об эффективности успешного герметичного уплотнения должны судить пользователь, конструктор или изготовитель, насколько это уместно, и что герметично в конце концов подразумевает стандарт, который должен определяться пользователем, конструктором или изготовителем или другой заинтересованной стороной.As discussed here, the term hermetically refers to a seal whose quality (i.e. leak rate) is defined in units of atm-cm 3 / s, which means one cubic centimeter of gas (such as helium (He)) per second at atmospheric pressure and temperature. environment. This is equivalent to the standard He-cm 3 / s. In addition, it is understood that the value of 1 atm-cm 3 / s is equal to 1.01325 mbar-l / s. In general, the supercapacitor 210 disclosed herein is capable of providing a hermetic seal that has a leak rate of no more than about 5.0 x 10 -6 atm-cm 3 / s and can exhibit a leak rate of no more than about 5.0 x 10 -10 atm-cm 3 / with. It is also assumed that the effectiveness of a successful hermetic seal should be judged by the user, designer or manufacturer, as appropriate, and that the seal ultimately implies a standard that should be determined by the user, designer or manufacturer or other interested party.

Обнаружение утечки может быть реализовано, например, с использованием газообразного индикатора. Применение газообразного индикатора, такого как гелий, для испытания на утечку является преимущественным, поскольку оно является сухим, быстрым, точным и неразрушающим методом. В одном примере этого способа суперконденсатор 210 размещают в среде гелия. Суперконденсатор 210 подвергают воздействию сжатого гелия. Затем помещают суперконденсатор 210 в вакуумную камеру, которая соединена с детектором, способным отслеживать присутствие гелия (таким как атомно-абсорбционное устройство). При знании продолжительности воздействия повышенного давления, величины давления и внутреннего объема может быть определена скорость утечки суперконденсатора 210.Leak detection can be realized, for example, using a gaseous indicator. The use of an indicator gas such as helium for leak testing is advantageous because it is a dry, fast, accurate and non-destructive method. In one example of this method, supercapacitor 210 is placed in a helium environment. Supercapacitor 210 is exposed to compressed helium. The supercapacitor 210 is then placed in a vacuum chamber that is connected to a detector capable of detecting the presence of helium (such as an atomic absorption device). With knowledge of the duration of exposure to elevated pressure, the magnitude of the pressure and the internal volume, the leak rate of the supercapacitor 210 can be determined.

В некоторых вариантах исполнения по меньшей мере один проводник (который может быть также назван здесь контактным столбиком) электрически соединен с соответствующим одним из токовых коллекторов 202. Многочисленные проводники (соответственно полярности суперконденсатора 210) могут быть сгруппированы вместе и присоединены к соответствующему выводу 208. В свою очередь, вывод 208 может быть соединен с электрическим доступом, называемым здесь контактом (например, один компонент из оболочки 207 и внешнего электрода (также для удобства называемого здесь проходным контактом или штекером). Можно было бы сослаться на фиг. 18-20. Теперь следует более подробно рассмотреть энергоаккумулирующую среду 201.In some embodiments, at least one conductor (which may also be referred to here as a bump) is electrically connected to a corresponding one of the current collectors 202. Multiple conductors (corresponding to the polarities of the supercapacitor 210) can be grouped together and connected to the corresponding terminal 208. In its In turn, the terminal 208 can be connected to an electrical access, referred to here as a contact (for example, one component from the sheath 207 and an external electrode (also for convenience referred to here as a feed-through or plug). One could refer to Figures 18-20. Now follows consider in more detail the energy storage medium 201.

В примерном суперконденсаторе 210 энергоаккумулирующую среду формируют из углеродных нанотрубок. Энергоаккумулирующая среда 201 может содержать другие углеродистые материалы, включающие, например, активированный уголь, углеродные волокна, вискозу, графен, аэрогель, углеродную ткань и углеродные нанотрубки самых разнообразных форм. Электроды с активированным углем могут быть изготовлены, например, в ходе производства углеродного базового материала, в котором проводят первую активационную обработку углеродного материала, полученного обугливанием углеродсодержащего соединения, получают формованное изделие при добавлении связующего материала к углеродному базовому материалу, выполняют карбонизацию сформованного изделия и, наконец, формируют электрод с активированным углем проведением второй активационной обработки карбонизированного формованного изделия. Электроды с углеродным волокном могут быть получены, например, с использованием бумажной или тканевой заготовки с большой площадью поверхности углеродных волокон.In an exemplary supercapacitor 210, the energy storage medium is formed from carbon nanotubes. The energy storage medium 201 may contain other carbonaceous materials including, for example, activated carbon, carbon fibers, rayon, graphene, airgel, carbon cloth, and carbon nanotubes in a wide variety of shapes. The activated carbon electrodes can be manufactured, for example, during the production of the carbon base material, in which the first activation treatment of the carbon material obtained by carbonizing the carbon-containing compound is carried out, a molded article is obtained by adding a binder material to the carbon base material, carbonization of the molded article is performed, and finally , an activated carbon electrode is formed by performing a second activation treatment on the carbonated molded article. Carbon fiber electrodes can be obtained, for example, using a paper or fabric blank with a large surface area of carbon fibers.

В одном примерном способе изготовления углеродных нанотрубок установка для получения агрегата из упорядоченных углеродных нанотрубок включает устройство для синтеза агрегата из упорядоченных углеродных нанотрубок на основе материала, имеющего катализатор на его поверхности. Устройство включает блок формирования, который проводит стадию формирования, в которой создают среду, окружающую катализатор, которая представляет собой среду из восстановительного газа, и нагревают, по меньшей мере, либо катализатор, либо восстановительный газ; ростовой блок, в котором проводят стадию роста в процессе синтеза агрегата из упорядоченных углеродных нанотрубок, для чего создают среду, окружающую катализатор, которая представляет собой среду из газообразного сырьевого материала, и нагревают, по меньшей мере, либо катализатор, либо газообразный сырьевой материал; и передаточный блок, который переносит базовый материал, по меньшей мере, из блока формирования в ростовой блок. Для получения агрегата из упорядоченных углеродных нанотрубок могут быть применены многообразные другие способы и устройства.In one exemplary method for making carbon nanotubes, an apparatus for producing an ordered carbon nanotube aggregate includes an apparatus for synthesizing an ordered carbon nanotube aggregate based on a material having a catalyst on its surface. The apparatus includes a forming unit that carries out a forming step in which an environment surrounding the catalyst is created, which is a reducing gas environment, and at least either the catalyst or the reducing gas is heated; a growth block in which a growth step is carried out during the synthesis of an aggregate of ordered carbon nanotubes by creating an environment surrounding the catalyst, which is a gaseous raw material environment, and heating at least either the catalyst or the gaseous raw material; and a transfer unit that transfers the base material from at least the formation unit to the growth unit. A variety of other methods and devices can be used to produce an aggregate of ordered carbon nanotubes.

В некоторых вариантах исполнения материал, используемый для формирования энергоаккумулирующей среды 201, может включать иной материал, нежели чистый углерод (и разнообразные формы углерода, которые могут существовать в настоящее время или будут разработаны позже). То есть энергоаккумулирующая среда 210 может содержать разнообразные составы из других материалов. Более конкретно и не в качестве ограничивающего примера в энергоаккумулирующей среде 201 может быть применен по меньшей мере один связующий материал, однако добавление других материалов (таких как связующий материал) не рекомендуется или не требуется. Однако, как правило, энергоаккумулирующая среда 201, по существу, сформирована из углерода и поэтому может называться здесь углеродистым материалом, углеродсодержащим слоем и другими подобными наименованиями. Короче говоря, хотя будучи сформированной главным образом из углерода, энергоаккумулирующая среда 1 может включать углерод в любой форме (а также любые добавки или загрязняющие примеси, которые считаются надле- 10 038017 жащими или приемлемыми) для получения желательной функциональности как энергоаккумулирующей среды 201.In some embodiments, the material used to form the energy storage medium 201 may include a material other than pure carbon (and various forms of carbon that may exist today or will be developed later). That is, the energy storage medium 210 may contain a variety of other materials. More specifically and not by way of limiting example, at least one binder may be used in the energy storage medium 201, however the addition of other materials (such as a binder) is not recommended or required. However, generally, the energy storage medium 201 is essentially formed of carbon and therefore may be referred to herein as carbonaceous material, carbonaceous layer, and the like. In short, although formed primarily of carbon, the energy storage medium 1 can include carbon in any form (as well as any additives or contaminants deemed appropriate or acceptable) to obtain the desired functionality as the energy storage medium 201.

В одной серии вариантов исполнения углеродистый материал включает по меньшей мере около 60 мас.% элементарного углерода и в других вариантах исполнения по меньшей мере около 75, 85, 90, 95 или 98 мас.% элементарного углерода.In one series of embodiments, the carbonaceous material comprises at least about 60 weight percent elemental carbon, and in other embodiments, at least about 75, 85, 90, 95, or 98 weight percent elemental carbon.

Углеродистый материал может включать углерод в разнообразных формах, в том числе сажу, графит и прочие. Углеродистый материал может включать частицы углерода, в том числе наночастицы, такие как нанотрубки, наностержни, графеновые листки и листовой форме и/или сформованные в виде конуса, сферы (фуллерены) и тому подобные.The carbonaceous material can include carbon in a variety of forms, including carbon black, graphite, and others. The carbonaceous material may include carbon particles, including nanoparticles such as nanotubes, nanorods, graphene sheets and sheet-shaped and / or cone-shaped, spheres (fullerenes) and the like.

Некоторые варианты исполнения углеродистого материала в разнообразных формах, пригодного для применения в энергоаккумулирующей среде 201, приведены здесь в качестве примеров. Эти варианты исполнения обеспечивают надежное хранение энергии и весьма пригодны для использования в электроде 203. Следует отметить, что эти примеры являются иллюстративными и не ограничивают варианты исполнения углеродистого материала, пригодного для применения в энергоаккумулирующей среде 201.Some embodiments of the carbonaceous material in various forms suitable for use in the energy storage medium 201 are exemplified herein. These embodiments provide reliable energy storage and are highly suitable for use in electrode 203. It should be noted that these examples are illustrative and do not limit embodiments of a carbonaceous material suitable for use in energy storage environment 201.

Как правило, термин электрод имеет отношение к электрическому проводнику, который используют для создания контакта с еще одним материалом, который часто является неметаллическим, в устройстве, которое может быть введено в электрическую цепь. В общем и целом, термин электрод, как применяемый здесь, упоминается со ссылкой на токовый коллектор 202 и дополнительные компоненты, которые могут быть связаны с токовым коллектором 202 (такие как энергоаккумулирующая среда 201) для создания желательной функциональности (например, энергоаккумулирующая среда 201, которая сопряжена с токовым коллектором 202, чтобы обеспечивать хранение энергии и передачу энергии).Typically, the term electrode refers to an electrical conductor that is used to make contact with another material, which is often non-metallic, in a device that can be introduced into an electrical circuit. In general, the term electrode as used herein is referred to with reference to the current collector 202 and additional components that may be associated with the current collector 202 (such as energy storage medium 201) to provide the desired functionality (e.g., energy storage medium 201, which coupled to current collector 202 to provide energy storage and transmission).

Что касается токового коллектора 202, то в некоторых вариантах исполнения токовый коллектор 202 имеет толщину между около 0,5 до около 25 мкм. В некоторых вариантах исполнения токовый коллектор 202 имеет толщину между около 20 до около 40 мкм. Токовый коллектор 202 может выглядеть как тонкий слой, такой как слой, который нанесен методом химического осаждения из паровой фазы (CVD), напылением, действием электронного пуска, термическим испарением или другим подходящим способом. Как правило, токовый коллектор 202 выбирают по его характеристикам, таким как удельная проводимость, чтобы он был электрохимически инертным и совместимым с энергоаккумулирующей средой 201 (например, CNT (углеродные нанотрубки)). Некоторые примерные материалы включают алюминий, платину, золото, тантал, титан и могут включать другие материалы, а также разнообразные сплавы.As for the current collector 202, in some embodiments, the current collector 202 has a thickness of between about 0.5 to about 25 microns. In some embodiments, the current collector 202 has a thickness between about 20 to about 40 microns. The current collector 202 may appear as a thin layer, such as a layer that has been deposited by chemical vapor deposition (CVD), sputtering, electronically triggered, thermal evaporation, or other suitable means. Typically, the current collector 202 is selected for its characteristics, such as conductivity, to be electrochemically inert and compatible with the energy storage medium 201 (eg, CNT (carbon nanotubes)). Some exemplary materials include aluminum, platinum, gold, tantalum, titanium, and may include other materials as well as a variety of alloys.

Когда токовый коллектор 202 соединяют с энергоаккумулирующей средой 201 (например, CNT), образуется электродный элемент 215. Каждый электродный элемент 215 может быть использован индивидуально в качестве электрода 203 или же может быть связан по меньшей мере с еще одним электродным элементом 215 с образованием электрода 203.When the current collector 202 is coupled to the energy storage medium 201 (e.g., CNT), an electrode element 215 is formed. Each electrode element 215 can be used individually as an electrode 203, or it can be connected to at least one other electrode element 215 to form an electrode 203 ...

Сепаратор 205 может быть изготовлен из разнообразных материалов. В некоторых вариантах исполнения сепаратор 205 представляет собой нетканый материал из стекловолокна. Сепаратор 205 также может быть изготовлен из стекловолокна, керамических материалов и фторполимеров, таких как политетрафторэтилен (PTFE), обычно продаваемый на рынке как TEFLON™ фирмой DuPont Chemicals, Уилмингтон, Делавэр. Например, при использовании нетканого материала из стекловолокна сепаратор 5 может включать основные волокна и связующие волокна, из которых каждое имеет меньший диаметр волокна, чем диаметр каждого из основных волокон, и обеспечивает связывание основных волокон между собой.The separator 205 can be made from a variety of materials. In some embodiments, the separator 205 is a fiberglass nonwoven fabric. Separator 205 can also be made from glass fibers, ceramics, and fluoropolymers such as polytetrafluoroethylene (PTFE), commonly marketed as TEFLON ™ by DuPont Chemicals, Wilmington, Delaware. For example, when using a nonwoven fiberglass fabric, the separator 5 may include base fibers and binder fibers, each of which has a smaller fiber diameter than each of the base fibers, and provides bonding of the base fibers to each other.

Для долговечности суперконденсатора 210 и для обеспечения работоспособности при высокой температуре сепаратор 205 должен иметь пониженное количество загрязняющих примесей и, в частности, очень ограниченное количество содержащейся в нем влаги. В частности, было обнаружено, что ограничение влажности до величины около 200 млн-1 является желательным, чтобы сократить химические реакции и улучшить срок службы суперконденсатора 210 и чтобы обеспечить хорошие технические характеристики в вариантах высокотемпературного применения. Некоторые варианты исполнения материалов для использования в сепараторе 205 включают полиамид, политетрафторэтилен (PTFE), простой полиэфирэфиркетон (PEEK), оксид алюминия (Al2O3), стекловолокно и армированный стекловолокном пластик (GRP).For the longevity of the supercapacitor 210 and for high temperature operability, the separator 205 must have a reduced amount of contaminants and, in particular, a very limited amount of moisture contained therein. In particular, it has been found that limiting the humidity to a value of about 200 million -1 is desirable to reduce the chemical reactions and to improve the life term of the supercapacitor 210 and to ensure good technical characteristics in high temperature application embodiments. Some material options for use in Separator 205 include polyamide, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyetheretherketone (PEEK), alumina (Al 2 O 3 ), glass fiber, and glass fiber reinforced plastic (GRP).

Как правило, применяемые для сепаратора 205 материалы выбирают сообразно содержанию влаги, пористости, температуре плавления, содержанию загрязняющих примесей, результирующим электрическим характеристикам, толщине, стоимости, доступности и тому подобному. В некоторых вариантах исполнения сепаратор 205 формируют из гидрофобных материалов.Typically, the materials used for the separator 205 are selected according to moisture content, porosity, melting point, contaminant content, resulting electrical performance, thickness, cost, availability, and the like. In some embodiments, the separator 205 is formed from hydrophobic materials.

Соответственно этому могут быть применены процедуры, чтобы обеспечить устранение избыточной влаги из каждого сепаратора 205. Среди других способов может быть использована методика вакуумной сушки.Accordingly, procedures can be applied to ensure that excess moisture is removed from each separator 205. Among other methods, a vacuum drying technique can be used.

Следует отметить, что в некоторых вариантах исполнения суперконденсатор 210 не требует присутствия сепаратора 205 или не содержит его. Например, в некоторых вариантах исполнения, таких, где физическое разделение электродов 203 достигается геометрической формой конструкции, этого доста- 11 038017 точно, чтобы между электродами 203 находился только электролит 206. Более конкретно и в качестве одного примера физического разделения один такой суперконденсатор 210 может включать электродыIt should be noted that in some embodiments, the supercapacitor 210 does not require or does not include a separator 205. For example, in some embodiments, such as where the physical separation of the electrodes 203 is achieved by the geometric shape of the structure, it is sufficient that only the electrolyte 206 is between the electrodes 203. More specifically, and as one example of physical separation, one such supercapacitor 210 may include electrodes

203, которые размещены внутри оболочки так, что разделение обеспечивается на постоянной основе.203, which are housed within the shell so that separation is provided on a permanent basis.

Лабораторный пример включал бы суперконденсатор 210, размещенный в стакане.A laboratory example would include a supercapacitor 210 housed in a beaker.

Суперконденсатор 210 может быть выполнен в нескольких различных форм-факторах (то есть иметь определенный внешний вид). Примеры потенциально применимых форм-факторов включают цилиндрический элемент, круговой или кольцеобразный элемент, плоский призматический элемент или батарею из плоских призматических элементов, включающую коробчатый элемент и плоский призматический элемент, который сформован для соответствия конкретной геометрической форме, такой как искривленное пространство. Цилиндрический форм-фактор может быть наиболее применимым в сочетании с цилиндрическим инструментом или инструментом, смонтированным в цилиндрическом форм-факторе. Круговой или кольцеобразный форм-фактор может быть наиболее применимым в сочетании с инструментом, который имеет кольцеобразную форму или смонтирован в кольцеобразном форм-факторе. Плоский призматический элемент, сформованный для соответствия конкретной геометрической форме, может быть применимым, чтобы эффективно использовать мертвое пространство (то есть пространство в инструменте или в оборудовании, которое иным путем не занято и может быть в принципе недоступно).Supercapacitor 210 can be made in several different form factors (ie, have a certain appearance). Examples of potentially useful form factors include a cylindrical element, a circular or annular element, a planar prismatic element, or a planar prismatic element battery including a box-shaped element and a planar prismatic element that is molded to conform to a particular geometric shape, such as a curved space. A cylindrical form factor may be most applicable in combination with a cylindrical tool or a tool mounted in a cylindrical form factor. A circular or ring-shaped form factor may be most useful in combination with an instrument that is ring-shaped or mounted in a ring-shaped form factor. A flat prismatic element, molded to fit a particular geometric shape, may be useful to efficiently utilize dead space (ie, space in a tool or equipment that is otherwise unoccupied and may in principle be inaccessible).

Будучи в общем раскрытым здесь в виде рулета, вариант применения (то есть аккумуляторный элемент 212, который конфигурирован для оболочки 207 цилиндрической формы), свернутый в рулон аккумуляторный элемент 223 может принимать любую желательную форму. Например, в отличие от сворачивания аккумуляторного элемента 212 в рулон аккумуляторный элемент 212 может быть выполнен многократно сложенным в складки с образованием рулонного аккумуляторного элемента 223. Могут быть применены другие типы сборки. В качестве одного примера аккумуляторный элемент 212 может представлять собой плоский элемент, называемый элементом таблеточного типа. Соответственно этому сворачивание в рулон представляет собой только один вариант сборки рулонного аккумуляторного элемента 223. Поэтому, хотя здесь обсуждается вариант в плане рулонного аккумуляторного элемента 223, он этим не ограничивается. Можно считать, что термин рулонный аккумуляторный элемент 223 в общем и целом включает любую подходящую форму упаковки или сборного узла аккумуляторного элемента 212, чтобы быть успешно вставленной в оболочку 207 данной конструкции.While generally disclosed herein as a roll, application (i.e., a battery cell 212 that is configured for a shell 207 of a cylindrical shape), a rolled battery cell 223 can take any desired shape. For example, unlike the roll-up of the battery cell 212, the battery cell 212 may be folded multiple times to form a roll-on battery cell 223. Other types of assembly may be employed. As one example, battery cell 212 may be a flat cell referred to as a button cell. Accordingly, coiling is only one embodiment of the roll-to-roll battery 223 assembly. Therefore, while the roll-to-roll battery 223 is discussed here, it is not limited thereto. The term roll-to-roll battery 223 may be considered to generally include any suitable form of packaging or battery cell assembly 212 to be successfully inserted into the enclosure 207 of this design.

Разнообразные формы суперконденсатора 210 могут быть соединены между собой. Разнообразные формы могут быть соединены с использованием известных способов, таких как сварка контактов друг с другом, с применением по меньшей мере одного механического соединителя, размещением контактных выводов в электрическом контактировании друг с другом и так далее. Многочисленные суперконденсаторы 210 могут быть электрически соединены по меньшей мере одним вариантом из параллельного и последовательного.Various forms of supercapacitor 210 can be interconnected. The various shapes can be connected using known methods such as welding contacts to each other, using at least one mechanical connector, placing the pins in electrical contact with each other, and so on. Multiple supercapacitors 210 can be electrically connected in at least one of parallel and series.

Электролит 206 включает парное сочетание катионов 209 и анионов 211 и может включать растворитель. Электролит 206 может быть назван ионной жидкостью, насколько это уместно. Могут быть применены разнообразные комбинации катионов 209, анионов 211 и растворителя. В примерном суперконденсаторе 210 катионы 209 могут включать по меньшей мере один из катионов 1-(3-цианопропил)-3метилимидазолия, 1,2-диметил-3-пропилимидазолия, 1,3-бис-(3-цианопропил)имидазолия, 1,3диэтоксиимидазолия, 1-бутил-1-метилпиперидиния, 1-бутил-2,3-диметилимидазолия, 1-бутил-3метилимидазолия, 1-бутил-4-метилпиридиния, 1-бутилпиридиния, 1-децил-3-метилимидазолия, 1-этил-3метилимидазолия, 3-метил-1-пропилпиридиния и их комбинации, а также прочие эквиваленты, насколько это представляется приемлемым. Дополнительные примерные катионы 209 включают катионы имидазолия, пиразиния, пиперидиния, пиридиния, пиримидиния и пирролидиния (структуры которых изображены в фиг. 4). В примерном суперконденсаторе 210 анионы 211 могут включать по меньшей мере один из бис-(трифторметансульфонат)имида, трис-(трифторметансульфонат)метида, дицианамида, тетрафторбората, гексафторфосфата, трифторметансульфоната, бис-(пентафторэтансульфонат)имида, тиоцианата, трифтор(трифторметил)бората и их комбинаций, а также других эквивалентов, насколько это представляется приемлемым.Electrolyte 206 includes a pairing of cations 209 and anions 211 and may include a solvent. The electrolyte 206 may be referred to as an ionic liquid as appropriate. Can be used in a variety of combinations of cations 209, anions 211 and solvent. In an exemplary supercapacitor 210, cations 209 may include at least one of 1- (3-cyanopropyl) -3methylimidazolium, 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium, 1,3-bis- (3-cyanopropyl) imidazolium, 1,3 diethoxyimidazolium cations , 1-butyl-1-methylpiperidinium, 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium, 1-butyl-3methylimidazolium, 1-butyl-4-methylpyridinium, 1-butylpyridinium, 1-decyl-3-methylimidazolium, 1-ethyl-3methylimidazolium , 3-methyl-1-propylpyridinium, and combinations thereof, and other equivalents, as far as it seems acceptable. Additional exemplary cations 209 include imidazolium, pyrazinium, piperidinium, pyridinium, pyrimidinium, and pyrrolidinium cations (the structures of which are depicted in FIG. 4). In an exemplary supercapacitor 210, anions 211 may include at least one of bis (trifluoromethanesulfonate) imide, tris- (trifluoromethanesulfonate) methide, dicyanamide, tetrafluoroborate, hexafluorophosphate, trifluoromethanesulfonate, bis- (pentafluoroethanesulfonate) thiofluoride, trifluoride combinations thereof, as well as other equivalents, as far as seems appropriate.

Растворитель может включать ацетонитрил, амиды, бензонитрил, бутиролактон, циклический простой эфир, дибутилкарбонат, диэтилкарбонат, диэтиловый простой эфир, диметоксиэтан, диметилкарбонат, диметилформамид, диметилсульфон, диоксан, диоксолан, этилформиат, этиленкарбонат, этилметилкарбонат, лактон, линейный простой эфир, метилформиат, метилпропионат, метилтетрагидрофуран, нитрил, нитробензол, нитрометан, N-метилпирролидон, пропиленкарбонат, сульфолан, сульфон, тетрагидрофуран, тетраметиленсульфон, тиофен, этиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, полиэтиленгликоли, сложный эфир карбоновой кислоты, γ-бутиролактон, нитрил, трицианогексан, любую их комбинацию или другой(-ие) материал(-ы), который(-ые) проявляет(-ют) надлежащие технологические характеристики.The solvent may include acetonitrile, amides, benzonitrile, butyrolactone, cyclic ether, dibutyl carbonate, diethyl carbonate, diethyl ether, dimethoxyethane, dimethyl carbonate, dimethylformamide, dimethyl sulfone, dioxane, dioxolane, methylcarbonate, ethyloxycarbonate, ethylene methyl ether , methyltetrahydrofuran, nitrile, nitrobenzene, nitromethane, N-methylpyrrolidone, propylene carbonate, sulfolane, sulfone, tetrahydrofuran, tetramethylene sulfone, thiophene, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycols, any combination thereof, γ-nitrylcylate, carboxylic acid ester other material (s) that exhibit appropriate processing characteristics.

С обращением теперь к фиг. 9 показаны разнообразные дополнительные варианты исполнения катионов 209, пригодных для применения в ионной жидкости для создания электролита 206. Эти катионы 209 могут быть использованы по отдельности или в комбинации друг с другом, в комбинации, по меньшей мере, с некоторыми из вышеуказанных вариантов исполнения катионов 209 и также могут бытьReferring now to FIG. 9 shows various additional embodiments of cations 209 suitable for use in an ionic liquid to create electrolyte 206. These cations 209 can be used alone or in combination with each other, in combination with at least some of the above cations 209 and can also be

- 12 038017 применены в комбинации с другими катионами 209, которые представляются совместимыми и подходящими с точки зрения пользователя, конструктора, изготовителя или другой подобным образом заинтересованной стороны. Катионы 209, изображенные в фиг. 9, включают, без ограничения, катионы аммония, имидазолия, оксазолия, фосфония, пиперидиния, пиразиния, пиразиния, пиридазиния, пиридиния, пиримидиния, пирролидиния, сульфония, тиазолия, триазолия, гуанидиния, изохинолиния, бензотриазолия, катионы виологенного типа и катионы функционализированного имидазолия.- 12 038017 are used in combination with other cations 209 that appear to be compatible and suitable from the point of view of the user, designer, manufacturer or other similar interested party. The cations 209 depicted in FIG. 9, include, but are not limited to, ammonium, imidazolium, oxazolium, phosphonium, piperidinium, pyrazinium, pyrazinium, pyridazinium, pyridinium, pyrimidinium, pyrrolidinium, sulfonium, thiazolium, triazolium, guanidinium, imidazolium, imidazolium, imidazolium, isoquinazolium-type, and imidazolium-type functional isoquinazolium-functional cations.

В структуры катионов 209, показанных в фиг. 9, входят разнообразные боковые группы (Rb R2, R3,... Rx). В случае катионов 209 каждая боковая группа (Rx) может представлять собой одну из алкильной, гетероалкильной, алкенильной, гетероалкенильной, алкинильной, гетероалкинильной групп, атома галогена, аминогруппы, нитрогруппы, цианогруппы, гидроксильной, сульфатной, сульфонатной или карбонильной группы, любая из которых необязательно может иметь заместители.In the structures of the cations 209 shown in FIG. 9 includes a variety of side groups (R b R 2 , R 3 , ... R x ). For cations 209, each side group (R x ) can be one of an alkyl, heteroalkyl, alkenyl, heteroalkenyl, alkynyl, heteroalkynyl, halogen, amino, nitro, cyano, hydroxyl, sulfate, sulfonate, or carbonyl group, any of which may optionally be substituted.

Термин алкил является общепризнанным в технологии и может включать насыщенные алифатические группы, в том числе линейно-цепочечные алкильные группы, алкильные группы с разветвленными цепями, циклоалкильные (алициклические) группы, алкилзамещенные циклоалкильные группы и алкильные группы с циклоалкильными заместителями. В определенных вариантах исполнения алкил с линейной цепью или с разветвленной цепью имеет около 20 или менее атомов углерода в своем скелете (например, Ci-C20 для линейной цепи, C1-C20 для разветвленной цепи). Подобным образом, циклоалкилы имеют от около 3 до около 10 атомов углерода в своей циклической структуре и, альтернативно, около 5, 6 или 7 атомов углерода в кольцевой структуре. Примеры алкильных групп включают, но не ограничиваются таковыми, метил, этил, пропил, бутил, пентил, гексил, этилгексил, циклопропил, циклобутил, циклопентил, циклогексил и тому подобные.The term alkyl is recognized in the art and can include saturated aliphatic groups, including straight-chain alkyl groups, branched chain alkyl groups, cycloalkyl (alicyclic) groups, alkyl-substituted cycloalkyl groups, and alkyl groups with cycloalkyl substituents. In certain embodiments, straight chain or branched alkyl has about 20 or fewer carbon atoms in its backbone (eg, Ci-C 20 for straight chain, C 1 -C 20 for branched chain). Likewise, cycloalkyls have about 3 to about 10 carbon atoms in their ring structure and, alternatively, about 5, 6, or 7 carbon atoms in their ring structure. Examples of alkyl groups include, but are not limited to, methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, ethylhexyl, cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, and the like.

Термин гетероалкил является общепринятым в технологии и имеет отношение к алкильным группам, как здесь описываемым, в которых один или более атомов представляют собой гетероатом (например, кислорода, азота, серы и тому подобных). Например, алкоксигруппа (например, -OR) представляет собой гетероалкильную группу.The term heteroalkyl is common in the art and refers to alkyl groups, as described herein, in which one or more atoms are a heteroatom (eg, oxygen, nitrogen, sulfur, and the like). For example, an alkoxy group (eg —OR) is a heteroalkyl group.

Термины алкенил и алкинил являются общепринятыми в технологии и имеют отношение к ненасыщенным алифатическим группам, аналогичным по длине и возможной степени замещения описанным выше алкилам, но которые содержат по меньшей мере одну двойную или тройную связь соответственно.The terms alkenyl and alkynyl are common in the art and refer to unsaturated aliphatic groups similar in length and possible degree of substitution to the alkyls described above, but which contain at least one double or triple bond, respectively.

Гетероалкенил и гетероалкинил являются общепризнанными в технологии и имеют отношение к алкенильным и алкинильным группам, как здесь описанным, в которых один или более атомов представляет собой гетероатом (например, кислорода, азота, серы и тому подобных).Heteroalkenyl and heteroalkynyl are well recognized in the art and refer to alkenyl and alkynyl groups, as described herein, in which one or more of the atoms is a heteroatom (eg, oxygen, nitrogen, sulfur, and the like).

Как правило, любой ион с отрицательным зарядом может быть использован в качестве аниона 211. Выбранный анион 211 обычно является парным крупному органическому катиону 209 с образованием ионной соли с низкой температурой плавления. Соли, которые плавятся при комнатной температуре (и ниже), получаются главным образом с крупными анионами 209 с зарядом -1. Соли, которые плавятся даже при более низких температурах, обычно получаются с анионами 211, в которых электроны легко делокализуются. Что бы то ни было, что будет повышать сродство между ионами (расстояние, делокализация заряда), будет соответственно снижать температуру плавления. Хотя возможный выбор анионов является практически бесконечным, только небольшая группа их будет эффективной в низкотемпературных вариантах применения ионных жидкостей. Приведен неограничивающий обзор возможных структур анионов для ионных жидкостей.Typically, any negatively charged ion can be used as anion 211. Selected anion 211 is typically paired with large organic cation 209 to form a low melting point ionic salt. Salts that melt at room temperature (and below) are obtained mainly with large 209 anions with a charge of -1. Salts that melt even at lower temperatures are usually obtained with 211 anions in which electrons are readily delocalized. Anything that will increase the affinity between ions (distance, charge delocalization) will correspondingly lower the melting point. Although the possible choice of anions is virtually endless, only a small group of them will be effective in low temperature ionic liquid applications. A non-limiting review of possible anion structures for ionic liquids is given.

Обычные замещающие группы (α), пригодные для применения в анионах 211, приведенных в табл. 1, включают -F-, -Cl-, -Br-, -I-, -OCH3-, -CN-, -SCN-, -C2H3O2 -, -ClO-, -ClO2-, -ClO3-, -ClO4-, -NCO-, -NCS-, -NCSe-, -NCN-, -ОСН(СНз)2-, -CH2OCH3-, -COOH-, -OH-, -SOCH3-, -SO2CH3-, -SOCH3-, -SO2CF3-, -SO3H-, -SO3CF3-, -O(CF3)2C2(CF3)2O-, -CF3-, -CHF2-, -CH2F-, -CH3-, -NO3-, -NO2-, -SO3-, -SO42-, -SF5-, -CB11H12-, -CB11H6C16-, -CH3BC11H11-, -C2H5CB11H11-, -A-PO4-, -A-SO2-, A-SO3-, -A-SO3H-, -A-COO-, -A-CO- (где A представляет фенил (фенильная группа, или фенильный цикл, представляет собой циклическую группу атомов с формулой C6H5), или замещенный фенил, алкил (радикал, который имеет общую формулу CnH2n+1, образованный удалением атома водорода из алкана) или замещенную алкильную группу, отрицательно заряженные радикалы алканов (алканы представляют собой химические соединения, которые состоят только из атомов водорода и углерода, и имеют исключительно ординарные связи), галогенированные алканы и простые эфиры (которые представляют собой класс органических соединений, которые содержат атом кислорода, соединенный с двумя алкильными или арильными группами).Typical substituent groups (α) suitable for use in the anions 211 shown in table. 1, include -F - , -Cl - , -Br - , -I - , -OCH3 - , -CN - , -SCN - , -C2H 3 O 2 - , -ClO - , -ClO2 - , -ClO3 - , -ClO4 - , -NCO - , -NCS - , -NCSe - , -NCN - , -OCH (CH3) 2 - , -CH2OCH3 - , -COOH - , -OH - , -SOCH3 - , -SO2CH3 - , -SOCH3 - , -SO2CF3 - , -SO3H - , -SO3CF3 - , -O (CF3) 2C2 (CF3) 2O - , -CF3 - , -CHF2 - , -CH2F - , -CH3 - , -NO3 - , -NO2 - , -SO3 - , -SO4 2- , -SF5 - , -CB11H12 - , -CB11H6C16 - , -CH3BC11H11 - , -C2H5CB11H11 - , -A-PO4 - , -A-SO2 - , A-SO3 - , -A-SO3H - , -A-COO - , -A-CO - (where A is phenyl (a phenyl group, or phenyl ring, is a cyclic group of atoms with the formula C6H5), or substituted phenyl, alkyl (a radical that has the general formula CnH2n + 1 formed by removing a hydrogen atom from an alkane) or a substituted alkyl group, negatively charged alkane radicals (alkanes are chemical compounds that consist only of hydrogen and carbon atoms and have exclusively single bonds), halogenated alkanes and ethers (which are a class of organic compounds that contain an oxygen atom attached to two alkyl or aryl groups).

Что касается анионов 211, пригодных для применения в ионной жидкости, которая образует электролит 206, могут быть использованы разнообразные органические анионы 211. Примерные анионы 211 и их структуры приведены в табл. 1. В первом варианте исполнения (№ 1) примерные анионы 211 составлены из вышеуказанного списка замещающих групп (α) или их эквивалентов. В дополнительных вариантах исполнения (№№ 2-5) примерные анионы составлены из соответствующей базовой структуры (Y2, Y3, Y4,...Yn) и соответственного числа анионных замещающих групп (α1, α2, α3,... an), где соответственное число анионных замещающих групп (α) может быть выбрано из вышеуказанного списка заме- 13 038017 щающих групп (α), или их эквивалентов. Следует отметить, что в некоторых вариантах исполнения многочисленные анионные замещающие группы (α) (то есть по меньшей мере одна отличающаяся анионная замещающая группа (α)) могут быть использованы в любом варианте исполнения аниона 11. Кроме того, следует отметить, что в некоторых вариантах исполнения базовая структура (Y) представляет собой одиночный атом или обозначенную молекулу (как описано в табл. 1) или может быть эквивалентом.With regard to anions 211 suitable for use in the ionic liquid that forms the electrolyte 206, a variety of organic anions 211 can be used. Exemplary anions 211 and their structures are shown in Table II. 1. In the first embodiment (No. 1), the exemplary anions 211 are composed of the above list of substituent groups (α) or their equivalents. In additional embodiments (Nos. 2-5), the exemplary anions are composed of an appropriate base structure (Y 2 , Y 3 , Y 4 , ... Yn) and a corresponding number of anionic substitution groups (α 1 , α 2 , α3, .. . an), where the corresponding number of anionic substituent groups (α) can be selected from the above list of substituent groups (α), or their equivalents. It should be noted that in some embodiments, multiple anionic substituent groups (α) (i.e., at least one different anionic substituent group (α)) may be used in any embodiment of the anion 11. In addition, it should be noted that in some embodiments of execution, the basic structure (Y) is a single atom or designated molecule (as described in Table 1) or may be equivalent.

Более конкретно и в качестве примера в отношении примерных анионов, приведенных в табл. 1, могут быть реализованы определенные комбинации. В порядке одного примера, в случае № 2, базовая структура (Y2) включает единственную структуру (например, атом или молекулу), которая связана с двумя анионными замещающими группами (α2). В то время как это показано как имеющее две идентичных анионных замещающих группы (α2), это не является обязательным. То есть базовая структура (Y2) может быть связана с варьирующими анионными замещающими группами (α2), такими как любая из анионных замещающих групп (α), перечисленных выше. Подобным образом, базовая структура (Y3) включает единственную структуру (например, атом), которая связана с тремя анионными замещающими группами (α3), как показано в случае № 3. Опять же, каждая из анионных замещающих групп (α), включенных в анион, может варьировать или отличаться и не обязательно повторяться (быть повторяющейся или симметричной), как показано в табл. 1. В общем, в отношении обозначений в табл. 1 подстрочный индекс при одной из базовых структур означает число связей, которые соответствующая базовая структура может иметь с анионными замещающими группами (α). То есть подстрочный индекс при соответствующей базовой структуре (Yn) означает число сопутствующих анионных замещающих групп (αn) в соответственном анионе.More specifically and as an example with respect to the exemplary anions shown in table. 1, certain combinations can be realized. As one example, in case # 2, the base structure (Y 2 ) includes a single structure (eg, atom or molecule) that is bonded to two anionic substitution groups (α 2 ). While this is shown to have two identical anionic substitution groups (α 2 ), this is not required. That is, the basic structure (Y 2 ) may be associated with varying anionic substitution groups (α 2 ) such as any of the anionic substitution groups (α) listed above. Likewise, the basic structure (Y3) includes a single structure (eg, atom) that is bonded to three anionic substitution groups (α 3 ), as shown in case No. 3. Again, each of the anionic substitution groups (α) included in anion, may vary or differ and does not have to be repeated (be repetitive or symmetric), as shown in table. 1. In general, with respect to the designations in the table. 1 subscript for one of the basic structures means the number of bonds that the corresponding basic structure can have with anionic substituent groups (α). That is, the subscript with the corresponding base structure (Y n ) means the number of concomitant anionic substitution groups (α n ) in the respective anion.

Таблица 1Table 1

Примерные органические анионы для ионной жидкостиExemplary organic anions for an ionic liquid

№ No. Ион And he Правила для анионной структуры и примерных ионных жидкостей Rules for anionic structure and exemplary ionic liquids 1 one -αι -αι Некоторые из вышеуказанных «а» могут сочетаться с органическими катионами с образованием ионной жидкости. Один примерный анион: С1~. Примерная ионная жидкость: [BMI*][С1]; *ВМ1 - бутилметилимидазолий сн3 А . О С! 4 С-СН3 Some of the above "a" can combine with organic cations to form an ionic liquid. One exemplary anion: C1 ~. An example ionic liquid: [BMI *] [C1]; * BM1 - butylmethylimidazolium CH 3 A. Oh C! 4 C-CH 3 2 2 -Y2OC2 -Y2OC2 Y2 может быть любой из следующих: Ν, О, С=О, S=O. Примерные анионы включают: В(СЕ3СО2)/Г, N(SO2CF3)2A Примерная ионная жидкость: [EMI*] [NTF2] ; *ЕМ1 - этилметилимидазолий сн3 F«-S-N Д-CF. М ’ !> » ’ ЮН3 Y 2 can be any of the following: Ν, O, C = O, S = O. Exemplary anions include: B (CE 3 CO 2 ) / G, N (SO 2 CF 3 ) 2 A Exemplary ionic liquid: [EMI *] [NTF 2 ]; * EM1 - ethylmethylimidazolium CH 3 F "-SN D-CF. M '!>»' YUN 3

- 14 038017- 14 038017

3 3 -Y3OC3 -Y3OC3 Υ3 может быть любой из следующих: Be, С, N, О, Mg, Са, Ba, Ra, Au. Примерные анионы включают: -С (SO2CF3) 3~ . Примерная ионная жидкость: [BMI ] С (SO2CF3) 3~ . Л । ~ F F О О F F 4 А-СН3 Υ 3 can be any of the following: Be, C, N, O, Mg, Ca, Ba, Ra, Au. Exemplary anions include: -C (SO2CF3) 3 ~. An example ionic liquid: [BMI] C (SO 2 CF 3 ) 3 ~. L। ~ FF О О FF 4 А-СН 3 4 4 -Υ4α4 -Υ 4 α 4 Y3 может быть любой из следующих: В, Al, Ga, Th, In, Р. Примерные анионы включают: -BF4~, -А1С14~. Примерная ионная жидкость: [BMI] [BF4] . г - X \—СН3 Y 3 can be any of the following: B, Al, Ga, Th, In, P. Exemplary anions include —BF 4 ~, —A1C1 4 ~. An example ionic liquid: [BMI] [BF 4 ]. r - X \ - CH 3 5 five -Υ6α6 -Υ 6 α 6 Y4 может быть любой из следующих: Р, S, Sb, As, N, Bi, Nb, Sb. Примерные анионы включают: -P(CF3)4F2~, -AsF6~. Примерная ионная жидкость: [BMI] [PF6] . CH3 A 4 V сн3 Y 4 can be any of the following: P, S, Sb, As, N, Bi, Nb, Sb. Exemplary anions include: -P (CF 3 ) 4 F 2 ~, -AsF 6 ~. An example ionic liquid: [BMI] [PF 6 ]. CH 3 A 4 V ch 3

Термину цианогруппа придают его обычное значение в технологии, и он имеет отношение к группе CN. Термин сульфат имеет свое обычное в технологии значение и означает группу SO2. Термин сульфонат имеет свое обычное в технологии значение и означает группу SO3X, где X может представлять собой электронную пару, атом водорода, алкил или циклоалкил. Термин карбонил является общепринятым в технологии и имеет отношение к группе C=O.The term cyano is given its usual meaning in technology and refers to the CN group. The term sulfate has its usual meaning in technology and denotes the SO2 group. The term sulfonate has its usual meaning in technology and means the group SO3X, where X can be an electron pair, a hydrogen atom, an alkyl or cycloalkyl. The term carbonyl is common in the art and refers to the C = O group.

Важным аспектом из соображений конструкции суперконденсатора 210 является поддержание хорошей химической чистоты. Для обеспечения чистоты компонентов в разнообразных вариантах исполнения активированный уголь, углеродные волокна, вискозу, углеродную ткань и/или нанотрубки, составляющие энергоаккумулирующую среду 201 для двух электродов 203, высушивают при повышенной температуре в вакуумированной среде. Сепаратор 205 также высушивают при повышенной температуре в вакуумированной среде. Как только электроды 203 и сепаратор 205 высушены в вакууме, их заключают в оболочку 207 без конечного уплотнения или крышки в атмосфере с содержанием воды менее 50 частей на миллион (млн-1). Не закрытый крышкой суперконденсатор 210 может быть высушен, например, в вакууме при температуре в диапазоне от около 100 до около 300°C. По завершении конечного высушивания может быть добавлен электролит 206, и оболочку 207 герметизируют в относительно сухой атмосфере (такой, как атмосфера с содержанием влаги менее чем около 50 млн-1). Конечно, могут быть применены другие методы сборки, и вышеизложенное приводит только немного примерных аспектов сборки суперконденсатора 210.Maintaining good chemical purity is an important design consideration for supercapacitor 210. To ensure the purity of the components in various versions, the activated carbon, carbon fibers, rayon, carbon cloth and / or nanotubes that make up the energy storage medium 201 for the two electrodes 203 are dried at an elevated temperature in an evacuated environment. Separator 205 is also dried at elevated temperature in an evacuated environment. Once electrodes 203 and separator 205 are dried in vacuo, they comprise the sheath 207 without end seals or caps in an atmosphere having a water content of less than 50 parts per million (-1). The uncovered supercapacitor 210 can be dried, for example, under vacuum at temperatures ranging from about 100 ° C to about 300 ° C. Upon completion of the final drying can be added to the electrolyte 206 and the shell 207 is sealed in a relatively dry atmosphere (such as an atmosphere with a moisture content of less than about 50 million -1). Of course, other assembly methods can be applied, and the foregoing provides only a few exemplary aspects of assembling supercapacitor 210.

Как правило, содержание загрязняющих примесей в электролите 206 поддерживают на минимальном уровне. Например, в некоторых вариантах исполнения общую концентрацию галогенид-ионов (хлорида, бромида, фторида, иодида) поддерживают ниже около 1000 млн-1. Совокупную концентрацию металлических частиц (например, Br, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, K, Li, Mo, Na, Ni, Pb, Zn, в том числе по меньшей мере одного из их сплавов и оксидов) поддерживают ниже около 1000 млн-1. Кроме того, загрязняющие примеси из растворителей и прекурсоров, использованных в процессе синтеза, поддерживают на уровне ниже около 1000 млн-1, и они могут включать, например, бромэтан, хлорэтан, 1-бромбутан, 1-хлорбутан, 1-метилимидазол, этилацетат, метиленхлорид и т.д.Typically, the content of impurities in the electrolyte 206 is kept to a minimum. For example, in some embodiments, the total concentration of halide ions (chloride, bromide, fluoride, iodide) is maintained below about 1000 million -1. The total concentration of metal particles (for example, Br, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, K, Li, Mo, Na, Ni, Pb, Zn, including at least one of their alloys and oxides) is kept below about 1000 mln -1 . In addition, impurities from solvents and precursors used in the synthesis process, is maintained below about 1000 million -1, and they can include, for example, bromoethane, chloroethane, 1-bromobutane, 1-chlorobutane, 1-methylimidazole, ethyl acetate, methylene chloride, etc.

В некоторых вариантах исполнения содержание загрязняющих примесей в суперконденсаторе 210 измеряли с использованием ион-селективных электродов и методом титрования по Карлу Фишеру, который применяли на электролите 206 суперконденсатора 210. Было найдено, что общее содержание галогенидов в суперконденсаторе 210 согласно приведенным здесь указаниям было обнаружено меньшим чем около 200 млн-1 галогенидов (Cl- и F-) и содержание воды менее чем около 100 млн-1.In some embodiments, the supercapacitor 210 was measured using ion-selective electrodes and a Karl Fischer titration that was applied to the electrolyte 206 of the supercapacitor 210. The total halide content of the supercapacitor 210 was found to be less than about 200 million -1 halides (Cl - and F -) and a water content of less than about 100 million -1.

Загрязняющие примеси могут быть измерены с использованием разнообразных методов, например таких как атомно-абсорбционная спектрометрия (AAS), масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ICPMS), или в упрощенном варианте солюбилизацией и электрохимическим детектированием следовых количеств дисперсных оксидов тяжелых металлов. AAS представляет собой спектральноаналитический метод для качественного и количественного определения химических элементов с использованием поглощения излучения в оптическом диапазоне (света) свободными атомами в газообразContaminants can be measured using a variety of techniques, such as atomic absorption spectrometry (AAS), inductively coupled plasma mass spectrometry (ICPMS), or, in a simplified form, solubilization and electrochemical detection of trace amounts of dispersed heavy metal oxides. AAS is a spectral-analytical method for the qualitative and quantitative determination of chemical elements using the absorption of radiation in the optical range (light) by free atoms in a gaseous

- 15 038017 ном состоянии. Метод применяют для определения концентрации конкретного элемента (аналита) в анализируемом образце. Метод AAS может быть применен для определения свыше 70 различных элементов в растворе или непосредственно в твердых образцах. ICPMS представляет собой тип массспектрометрии, который является высокочувствительным и способным определять широкой круг металлов и некоторых неметаллов при концентрациях ниже одной части в 1012 (частей на триллион). Этот метод основывается на сочетании друг с другом индуктивно связанной плазмы как метода получения ионов (ионизации) с масс-спектрометром как методом разделения и регистрации ионов. Метод ICPMS также способен отслеживать изотопное распределение для избранных ионов.- 15 038017 nominal condition. The method is used to determine the concentration of a specific element (analyte) in the analyzed sample. The AAS method can be used to determine over 70 different elements in solution or directly in solid samples. ICPMS is a type of mass spectrometry that is highly sensitive and capable of detecting a wide range of metals and some non-metals at concentrations below one part in 10 12 (parts per trillion). This method is based on the combination of inductively coupled plasma with each other as a method for producing ions (ionization) with a mass spectrometer as a method for separating and registering ions. ICPMS is also capable of tracking the isotope distribution for selected ions.

Для анализа загрязняющих примесей могут быть применены дополнительные способы. Некоторые из этих способов в особенности полезны для анализа загрязняющих примесей в твердых образцах. Ионная хроматография (IC) может быть применена для определения следовых уровней загрязняющих примесей галогенов в электролите 206 (например, ионной жидкости). Одним преимуществом ионной хроматографии является то, что целевые галогенидные производные могут быть измерены в единственном хроматографическом анализе. Один пример прибора, который может быть использован для количественного определения галогенидов в ионных жидкостях, представляет собой колонка Dionex AS9-HC с использованием элюента, состоящего из 20 мМ раствора NaOH и 10% (об./об.) ацетонитрила. Еще одним методом является рентгеновская флуоресценция.Additional methods can be used to analyze contaminants. Some of these methods are especially useful for analyzing contaminants in solid samples. Ionic chromatography (IC) can be used to determine trace levels of halogen contaminants in electrolyte 206 (eg, ionic liquid). One advantage of ion chromatography is that the target halide derivatives can be measured in a single chromatographic assay. One example of an instrument that can be used to quantify halides in ionic liquids is a Dionex AS9-HC column using an eluent of 20 mM NaOH and 10% (v / v) acetonitrile. Another method is X-ray fluorescence.

Приборы для рентгеновской флуоресценции (XRF) могут быть применены для измерения содержания галогенов в твердых образцах. В этом методе анализируемый образец помещают в чашечку для образца, и затем чашечку с образцом помещают в анализатор, где ее облучают рентгеновскими лучами со специальной длиной волны. Любые атомы галогенов в образце поглощают часть рентгеновского излучения и затем отражают излучение с длиной волны, которая является характеристической для данного галогена. Затем детектор в приборе количественно регистрирует величину излучения, поступающего обратно от атомов галогенов, и измеряет интенсивность излучения. Зная площадь подвергаемой облучению поверхности, можно определить концентрацию галогенов в образце. Еще одним методом оценки загрязняющих примесей в твердом образце является пиролиз.X-ray fluorescence (XRF) instruments can be used to measure the halogen content of solid samples. In this method, the sample to be analyzed is placed in a sample cup, and then the sample cup is placed in the analyzer, where it is irradiated with X-rays at a specific wavelength. Any halogen atoms in the sample absorb some of the X-ray and then reflect the radiation at a wavelength that is characteristic of that halogen. A detector in the instrument then quantitatively records the amount of radiation coming back from the halogen atoms and measures the intensity of the radiation. Knowing the area of the surface to be irradiated, it is possible to determine the concentration of halogens in the sample. Pyrolysis is another method for evaluating contaminants in a solid sample.

Адсорбция загрязняющих примесей может быть эффективно измерена путем применения пиролиза и микрокулонометров. Микрокулонометры способны тестировать материал почти любого типа на общее содержание хлора. В качестве одного примера малое количество образца (менее 10 млг) либо впрыскивают, либо помещают в кварцевую трубку для сожжения, где температура варьирует от около 600 до около 1000°С. Через кварцевую трубку пропускают чистый кислород, и любые содержащие хлор компоненты полностью выгорают. Полученные продукты сгорания выносятся в титрационную ячейку, где хлорид-ионы улавливаются раствором электролита. Раствор электролита содержит ионы серебра, которые немедленно соединяются с любыми хлорид-ионами и образуют осадок, выпадающий из раствора в виде нерастворимого хлорида серебра. Серебряный электрод в титрационной ячейке электрически замещает израсходованные ионы серебра, пока концентрация ионов серебра не возвратится до уровня, который был перед началом титрования. Отслеживая количество электричества, необходимое для генерирования нужного количества серебра, прибор может определять, сколько хлора присутствовало в исходном образце. Делением общего количества присутствующего хлора на вес образца получают фактическую концентрацию хлора в образце. Могут быть применены другие методы оценки загрязняющих примесей.The adsorption of contaminants can be effectively measured by the use of pyrolysis and microcoulometers. Microcoulometers are capable of testing almost any type of material for total chlorine. As one example, a small amount of sample (less than 10 ml) is either injected or placed in a quartz tube for combustion, where the temperature ranges from about 600 ° C to about 1000 ° C. Pure oxygen is passed through a quartz tube and any chlorine-containing components are completely burned out. The resulting combustion products are carried to the titration cell, where chloride ions are captured by the electrolyte solution. The electrolyte solution contains silver ions, which immediately combine with any chloride ions and form a precipitate that falls out of solution in the form of insoluble silver chloride. The silver electrode in the titration cell electrically replaces the consumed silver ions until the silver ion concentration returns to the level it was before the titration began. By tracking the amount of electricity required to generate the right amount of silver, the instrument can determine how much chlorine was present in the original sample. By dividing the total chlorine present by the weight of the sample, the actual chlorine concentration in the sample is obtained. Other methods for assessing contaminants may be applied.

Охарактеризование поверхности и содержание воды в электроде 201 могут быть испытаны, например, методом инфракрасной спектроскопии. Имеются четыре основных полосы поглощения в области 1130, 1560, 3250 и 2300 см-1, которые соответствуют vC=O, vC=C в ариле, vO-H и vC-N соответственно. Измерением интенсивности и положения полосы можно количественно идентифицировать поверхностные загрязняющие примеси внутри электрода 203.The surface characterization and water content of the electrode 201 can be tested, for example, by infrared spectroscopy. There are four main absorption bands at 1130, 1560, 3250 and 2300 cm -1 , which correspond to vC = O, vC = C in aryl, vO-H and vC-N, respectively. By measuring the intensity and position of the strip, surface contaminants within the electrode 203 can be quantitatively identified.

Еще одним методом идентификации загрязняющих примесей в электролите 206 и суперконденсаторе 210 является Рамановская спектроскопия. Этот спектроскопический метод основывается на неупругом рассеянии, или Рамановском рассеянии, монохроматического света, обычно от лазера, в видимой ближней инфракрасной или ближней ультрафиолетовой области спектра. Свет лазера взаимодействует с молекулярными колебаниями, фононами или прочими возбужденными состояниями в системе, приводя к тому, что энергия фотонов лазера сдвигается вверх или вниз. Таким образом, этот метод может быть использован для охарактеризования атомов и молекул внутри суперконденсатора 210. Применяют ряд вариантов Рамановской спектроскопии, которые могут оказаться полезными для определения содержания компонентов в суперконденсаторе 210.Another method for identifying contaminants in electrolyte 206 and supercapacitor 210 is Raman spectroscopy. This spectroscopic technique relies on inelastic scattering, or Raman scattering, of monochromatic light, usually from a laser, in the visible near infrared or near ultraviolet region of the spectrum. Laser light interacts with molecular vibrations, phonons, or other excited states in the system, causing the energy of the laser photons to shift up or down. Thus, this method can be used to characterize the atoms and molecules within the supercapacitor 210. A number of Raman spectroscopy options are used that may be useful for determining the content of the components in the supercapacitor 210.

Как только суперконденсатор 210 изготовлен, он может быть использован в вариантах высокотемпературного применения при малом или отсутствующем токе утечки и незначительном возрастании удельного сопротивления. Описываемый здесь суперконденсатор 210 может эффективно работать при температурах от около -40 до около 210°С, при токе утечки, нормированном по объему устройства, менее 1 А/л объема устройства, в пределах всего диапазона рабочего напряжения и температурного диапазона.Once fabricated, supercapacitor 210 can be used in high temperature applications with little or no leakage current and little resistivity increase. The supercapacitor 210 described herein can operate effectively at temperatures from about -40 ° C to about 210 ° C, with a volume-normalized leakage current of less than 1 A / L device volume, over the entire operating voltage and temperature range.

При снижении содержания влаги в суперконденсаторе 210 (например, до уровня менее 500 частейWhen the moisture content in the supercapacitor 210 drops (for example, to less than 500 parts

- 16 038017 на миллион (млн-1) по весу и объему электролита, и загрязняющих примесей до содержания менее 1000 млн-1) суперконденсатор 210 может эффективно действовать в температурном диапазоне, при токе утечки (I/L) менее чем около 1000 мА на литр, в пределах температурного диапазона и диапазона напряжения.- 16 less than about 1000 mA 038,017 per million (1) weight and volume of the electrolyte and of impurities in a content of less than 1000 mn -1) supercapacitor 210 may operate effectively in a temperature range in leakage current (I / L) for liter, within temperature and voltage range.

В одном варианте исполнения ток утечки (I/L) при заданной температуре измеряют поддерживанием напряжения суперконденсатора 210 постоянным при номинальном напряжении (то есть максимальном номинальном рабочем напряжении) в течение 72 ч. На протяжении этого периода температура остается относительно постоянной при заданном значении температуры. В конце интервала измерения определяют ток утечки суперконденсатора 210.In one embodiment, the leakage current (I / L) at a given temperature is measured by keeping the voltage of the supercapacitor 210 constant at the rated voltage (i.e., the maximum rated operating voltage) for 72 hours. During this period, the temperature remains relatively constant at the given temperature. At the end of the measurement interval, the leakage current of the supercapacitor 210 is determined.

В некоторых вариантах исполнения максимально допустимое напряжение суперконденсатора 210 составляет около 4 В при комнатной температуре. Один подход к обеспечению работоспособности суперконденсатора 210 при повышенных температурах (например, свыше 210°С) состоит в уменьшении (т.е. сокращении) максимально допустимого напряжения суперконденсатора 210. Например, максимально допустимое напряжение может быть скорректировано на более низкое значение, примерно на 0,5 В, чтобы достигать большей продолжительности работы при более высокой температуре.In some embodiments, the maximum allowable voltage of supercapacitor 210 is about 4 V at room temperature. One approach to making supercapacitor 210 operable at elevated temperatures (e.g., over 210 ° C) is to reduce (i.e., reduce) the maximum allowable voltage of supercapacitor 210. For example, the maximum allowable voltage can be adjusted to a lower value, about 0 .5 V to achieve longer run times at higher temperatures.

Еще один вариант исполнения для обеспечения высокой степени чистоты включает примерный способ очистки электролита 206. Следует отметить, что, хотя способ представлен в плане конкретных параметров (таких как количества, составы, продолжительности и т.п.), это представление способа очистки электролита является только примерным и иллюстративным и не ограничивает его.Another embodiment to provide a high degree of purity includes an exemplary method for purifying electrolyte 206. It should be noted that although the method is presented in terms of specific parameters (such as amounts, compositions, durations, etc.), this representation of the method for purifying electrolyte is only exemplary and illustrative and does not limit it.

В первой стадии способа очистки электролита электролит 206 (в некоторых вариантах исполнения ионную жидкость) смешивают с деминерализованной водой и затем повышают температуру до умеренного значения в течение некоторого периода времени. Для подтверждения концепции 50 мл ионной жидкости смешали с 850 мл деминерализованной воды. Температуру смеси повышали до постоянной температуры в 60°С в течение около 12 ч и подвергали постоянному перемешиванию (со скоростью около 120 об/мин).In the first step of the electrolyte purification process, electrolyte 206 (in some embodiments, an ionic liquid) is mixed with demineralized water and then raised to a moderate temperature over a period of time. To prove the concept, 50 ml of ionic liquid was mixed with 850 ml of demineralized water. The temperature of the mixture was raised to a constant temperature of 60 ° C. over about 12 hours and stirred continuously (about 120 rpm).

Во второй стадии смесь ионной жидкости с деминерализованной воды оставили стоять для расслоения. В этом примере смесь перенесли в делительную воронку и оставили стоять на время около 4 ч.In the second stage, a mixture of ionic liquid with demineralized water was left to stand to separate. In this example, the mixture was transferred to a separatory funnel and left to stand for about 4 hours.

В третьей стадии отделяют ионную жидкость. В этом примере водная фаза смеси находилась на дне с плавающей наверху фазой ионной жидкости. Фазу ионной жидкости перенесли в еще один стакан.In the third stage, the ionic liquid is separated. In this example, the aqueous phase of the mixture was at the bottom with an ionic liquid phase floating on top. The ionic liquid phase was transferred to another beaker.

В четвертой стадии с ионной жидкостью смешивали растворитель. В этом примере с ионной жидкостью смешивали этилацетат объемом около 25 мл. Эту смесь опять нагрели до умеренной температуры и в то же время перемешивали.In the fourth step, the solvent was mixed with the ionic liquid. In this example, about 25 ml of ethyl acetate was mixed with the ionic liquid. This mixture was again heated to moderate temperature and stirred at the same time.

Хотя в качестве растворителя использовали этилацетат, растворитель может представлять собой по меньшей мере один из простого диэтилового эфира, пентана, циклопентана, гексана, циклогексана, бензола, толуола, 1,4-диоксана, хлороформа или любой их комбинации, а также другого(-их) материала(-ов), который(-ые) проявляет(-ют) надлежащие технические характеристики. Некоторые из желательных технических характеристик включают такие, как неполярный растворитель, а также высокая степень летучести.Although ethyl acetate has been used as the solvent, the solvent may be at least one of diethyl ether, pentane, cyclopentane, hexane, cyclohexane, benzene, toluene, 1,4-dioxane, chloroform, or any combination thereof, as well as the other (s ) material (s) that (s) exhibit proper technical characteristics. Some of the desirable technical characteristics include a non-polar solvent as well as a high degree of volatility.

В пятой стадии к смеси ионной жидкости и растворителя добавляют угольный порошок. В этом примере к смеси добавляли около 20 вес.% углерода (с частицами диаметром около 0,45 мкм).In the fifth step, carbon powder is added to the mixture of ionic liquid and solvent. In this example, about 20 wt% carbon (with particles having a diameter of about 0.45 μm) was added to the mixture.

В шестой стадии ионную жидкость опять перемешивают. В этом примере смесь с угольным порошком затем подвергали постоянному перемешиванию (со скоростью 120 об/мин) в течение ночи при температуре около 70°С.In the sixth stage, the ionic liquid is stirred again. In this example, the mixture with carbon powder was then subjected to continuous stirring (120 rpm) overnight at a temperature of about 70 ° C.

В седьмой стадии углерод и этилацетат отделяют от ионной жидкости. В этом примере углерод отделяли с использованием фильтрования через воронку Бюхнера со стеклянным микроволоконным фильтром. Выполняли многократные (трижды) фильтрации. Затем собранную ионную жидкость пропустили через шприцевой фильтр с порами величиной 0,2 мкм, чтобы удалить, по существу, все угольные частицы. В этом примере растворитель затем последовательно отделили от ионной жидкости с использованием роторного испарителя. Более конкретно образец ионной жидкости перемешивали, в то же время повышая температуру от 70 до 80°С, и завершили нагревание при температуре 100°С. Выпаривание выполняли в течение около 15 мин при каждой соответственной температуре.In a seventh step, carbon and ethyl acetate are separated from the ionic liquid. In this example, the carbon was separated using filtration through a Buchner funnel with a glass microfiber filter. Performed multiple (three times) filtration. The collected ionic liquid was then passed through a 0.2 µm syringe filter to remove substantially all of the carbon particles. In this example, the solvent is then sequentially separated from the ionic liquid using a rotary evaporator. More specifically, the ionic liquid sample was stirred while the temperature was increased from 70 to 80 ° C, and heating was completed at 100 ° C. Evaporation was performed for about 15 minutes at each respective temperature.

Способ очистки электролита оказался весьма эффективным. Для образца ионной жидкости содержание воды измеряли титрованием с помощью титратора, производимого фирмой Mettler-Toledo Inc., Коламбус, Огайо (модель № AQC22). Содержание галогенидов измеряли на приборе ISE (ионселективный электрод) производства фирмы Hanna Instruments, Вунсокет, Род-Айленд (модель № AQC22). Стандартный раствор для прибора ISE был получен от фирмы Hanna и включал стандарты HI 4007-03 (хлоридный стандартный раствор 1000 млн-1), HI 4010-03 (фторидный стандартный раствор 1000 млн-1), HI 4000-00 (ISA (раствор для корректировки ионной силы) для галогенидных электродов) и HI 4010-00 (раствор TISAB (смесь уксусной кислоты, ацетата и цитрата натрия) только для фторидного электрода). Перед выполнением измерений прибор ISE калибровали по стандартным растворам с использованием 0,1, 10, 100 и 1000 частей на миллион (млн-1) стандартов, смешанных с деминерализован- 17 038017 ной водой. ISA-буфер добавляли к стандарту в соотношении 1:50 для измерения ионов Cl-. Результаты показаны в табл. 2.The electrolyte purification method proved to be very effective. For the ionic liquid sample, water content was measured by titration using a titrator manufactured by Mettler-Toledo Inc., Columbus, Ohio (Model No. AQC22). The halide content was measured on an ISE (ion selective electrode) apparatus manufactured by Hanna Instruments, Woonsocket, Rhode Island (model no. AQC22). Standard solution for ISE instrument was obtained from standards included and Hanna HI 4007-03 (chloride standard solution of 1000 million -1), HI 4010-03 (fluoride standard solution of 1000 million -1), HI 4000-00 (ISA (solution ionic strength adjustments) for halide electrodes) and HI 4010-00 (TISAB solution (mixture of acetic acid, sodium acetate and sodium citrate) for fluoride electrode only). Before performing measurements ISE instrument was calibrated against standard solutions with 0.1, 10, 100 and 1000 parts per million (-1) standards, mixed with demineralized 17 038 017 water bath. ISA buffer was added to the standard at a ratio of 1:50 to measure Cl - ions. The results are shown in table. 2.

Таблица 2table 2

Данные об очистке электролитаElectrolyte purification data

Загрязняющая примесь Contaminating impurity До (млн 2)Before (million 2 ) После (млн 2)After (million 2 ) СГ SG 5300,90 5300.90 769 769 F~ F ~ 75, 61 75, 61 10, 61 10, 61 Н2ОH 2 O 1080 1080 20 twenty

Для измерения галогенид-ионов использовали четырехстадийный процесс. Во-первых, измерили содержание ионов Cl- и F- в деминерализованной воде. Затем приготовили 0,01 М раствор ионной жидкости с деминерализованной водой. Затем измерили содержание ионов Cl- и F- в растворе. Затем провели оценку содержания галогенидов вычитанием количества ионов в воде из количества ионов в растворе.A four-stage process was used to measure halide ions. First, the content of Cl - and F - ions in demineralized water was measured. Then prepared a 0.01 M solution of an ionic liquid with demineralized water. Then measured the content of ions Cl - and F - in the solution. Then, the halide content was estimated by subtracting the amount of ions in the water from the amount of ions in the solution.

В порядке обзора представлен способ сборки суперконденсатора 210 с цилиндрической формой. Начиная с электродов 203, каждый электрод 203 изготавливают, как только энергоаккумулирующая среда 201 была объединена с токовым коллектором 202. Затем к каждому электроду 203 в надлежащих местах присоединяют многочисленные проводники. Затем многочисленные электроды 203 ориентируют и собирают с надлежащим числом сепараторов 205, размещаемых между ними, с образованием аккумуляторного элемента 212. Аккумуляторный элемент 212 затем может быть свернут в цилиндрический рулон и может быть закреплен в обертке. Как правило, соответствующие проводники затем скручивают в жгут с образованием каждого из выводов 208.By way of review, a method for assembling a cylindrical supercapacitor 210 is presented. Beginning with electrodes 203, each electrode 203 is manufactured once the energy storage medium 201 has been combined with the current collector 202. Multiple conductors are then connected to each electrode 203 at appropriate locations. The multiple electrodes 203 are then oriented and assembled with an appropriate number of separators 205 interposed therebetween to form a battery cell 212. The battery cell 212 can then be rolled into a cylindrical roll and secured in a wrapper. Typically, the respective conductors are then braided to form each of the leads 208.

Перед введением электролита 206 в суперконденсатор 210 (например, перед сборкой аккумуляторного элемента 212 или после этого) каждый компонент суперконденсатора 210 может быть высушен для удаления влаги. Это может быть выполнено с несобранными компонентами (то есть с пустой оболочкой 207, а также с каждым из электродов 203 и каждым из сепараторов 205), и затем с собранными компонентами (в таком виде, как аккумуляторный элемент 212).Before electrolyte 206 is introduced into supercapacitor 210 (eg, before or after battery cell 212 is assembled), each component of supercapacitor 210 may be dried to remove moisture. This can be done with unassembled components (i.e., empty shell 207 as well as each of the electrodes 203 and each of the separators 205), and then with the assembled components (such as battery cell 212).

Высушивание может быть выполнено, например, при повышенной температуре в вакуумной камере. Как только высушивание было завершено, затем аккумуляторный элемент 212 может быть упакован в оболочку 207 без финальной герметизации или закрывания крышкой. В некоторых вариантах исполнения упаковку выполняют в атмосфере с содержанием воды менее 50 частей на миллион (млн-1). Затем незакрытый суперконденсатор 210 может быть опять подвергнут высушиванию. Например, суперконденсатор 210 может быть высушен в вакууме при температуре в диапазоне от около 100 до около 300°С. Как только это конечное высушивание завершается, оболочка 207 затем может быть герметизирована, например, в атмосфере с содержанием влаги менее 50 млн-1.Drying can be carried out, for example, at an elevated temperature in a vacuum chamber. Once drying has been completed, the battery cell 212 can then be wrapped in the casing 207 without final sealing or lidding. In some embodiments packaging execution is performed in an atmosphere having a water content of less than 50 parts per million (-1). The uncovered supercapacitor 210 can then be dried again. For example, supercapacitor 210 can be vacuum dried at temperatures ranging from about 100 ° C to about 300 ° C. Once this final drying is completed, the sheath 207 may then be sealed, for example, in an atmosphere having a moisture content of less than 50 million -1.

В некоторых вариантах исполнения, как только процесс высушивания (который также может называться процессом обжига) был завершен, окружающая компоненты среда может быть заполнена инертным газом. Примерные газы включают аргон, азот, гелий и прочие газы, проявляющие подобные свойства (а также их комбинации).In some embodiments, once the drying process (which may also be referred to as the calcining process) has been completed, the environment may be filled with an inert gas. Exemplary gases include argon, nitrogen, helium, and other gases exhibiting similar properties (and combinations thereof).

Как правило, в оболочке 207 предусматривается заливочное отверстие (перфорация в поверхности оболочки 207) или может быть добавлено позже. Как только суперконденсатор 210 был заполнен электролитом 206, заливочное отверстие может быть затем закрыто. Закрывание заливочного отверстия может быть выполнено, например, сварочным материалом (например, металлом, который совместим с оболочкой 207), вводимым в заливочное отверстие или поверх него. В некоторых вариантах исполнения заливочное отверстие может быть временно закрыто перед заполнением, так что суперконденсатор 210 может быть перемещен в еще одну окружающую среду, с последующими повторным открыванием, заполнением и закрыванием. Однако, как обсуждается здесь, считается, что суперконденсатор 210 высушивают и заполняют в одной и той же окружающей среде.Typically, the shell 207 is provided with a fill hole (perforation in the surface of the shell 207) or may be added later. Once the supercapacitor 210 has been filled with electrolyte 206, the fill hole can then be closed. The sealing of the filling hole can be accomplished, for example, with a welding material (eg, metal that is compatible with the shell 207) inserted into or over the filling hole. In some embodiments, the fill port may be temporarily closed prior to filling so that the supercapacitor 210 can be moved into another environment, then reopened, filled, and closed. However, as discussed herein, it is believed that the supercapacitor 210 is dried and filled in the same environment.

Для заполнения оболочки 207 желательным количеством электролита 206 могут быть применены многообразные способы. Как правило, регулирование процесса заполнения может, помимо всего прочего, обеспечить повышение емкости, сокращение эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) и ограничение отходов электролита 206. Способ вакуумного заполнения приведен в качестве неограничивающего примера способа заполнения оболочки 207 и смачивания аккумуляторного элемента 212 электролитом 206.A variety of methods can be used to fill shell 207 with the desired amount of electrolyte 206. Typically, adjusting the filling process can provide, among other things, increasing capacitance, reducing ESR, and limiting electrolyte waste 206. Vacuum filling method is given as a non-limiting example of a method for filling shell 207 and wetting cell 212 with electrolyte 206.

Однако, во-первых, следует отметить, что могут быть приняты меры для обеспечения того, что любой материал, который проявляет возможность загрязнения компонентов суперконденсатора 210, является чистым, совместимым и сухим. По традиции можно считать, что хорошая гигиена практикуется для обеспечения того, что в процессе сборки и с компонентами в суперконденсатор 210 не попадут загрязнения. Кроме того, традиционно можно принять, что загрязнение может быть определено как любой нежелательный материал, который, будучи введенным, будет оказывать негативное влияние на работоспособность суперконденсатора 210. Также следует отметить, что здесь в общем загрязнения могут быть оценены по концентрации, такой как частей на миллион (млн-1). Концентрация может быть рассчитана по весу, объему, весу образца или любым иным способом выражения, определенным как приемлемый.However, first, it should be noted that care can be taken to ensure that any material that exhibits the potential to contaminate the components of supercapacitor 210 is clean, compatible and dry. Traditionally, good hygiene can be considered to be practiced to ensure that contamination does not enter Supercapacitor 210 during assembly and with components. In addition, conventionally, it can be assumed that contamination can be defined as any undesirable material that, if introduced, would adversely affect the performance of supercapacitor 210. It should also be noted that here, in general, contamination can be estimated in terms of concentration, such as parts per million (-1). Concentration can be calculated by weight, volume, weight of the sample, or any other way of expression determined to be acceptable.

- 18 038017- 18 038017

В вакуумном методе контейнер помещают на оболочку 207 вокруг заливочного отверстия. Затем порцию электролита 206 помещают в контейнер в среде, которая, по существу, не содержит кислорода и воды (то есть влаги). Затем в окружающей среде создают вакуум, тем самым вытягивая любой воздух из оболочки и тем самым одновременно втягивая электролит 206 в оболочку 207. Затем, если желательно, окружающая среда может быть заполнена инертным газом (таким как аргон, азот, или тому подобные, или некоторые комбинации инертных газов). Суперконденсатор 210 может быть проверен, чтобы увидеть, было ли введено желательное количество электролита 206. Процесс может быть повторен при необходимости, пока желательное количество электролита 206 не будет находиться в суперконденсаторе 210.In the vacuum method, the container is placed on the casing 207 around the filling hole. A portion of the electrolyte 206 is then placed in a container in an environment that is substantially free of oxygen and water (i.e., moisture). A vacuum is then created in the environment, thereby pulling any air out of the envelope and thereby simultaneously drawing electrolyte 206 into the envelope 207. Then, if desired, the environment can be filled with an inert gas (such as argon, nitrogen, or the like, or some combinations of inert gases). Supercapacitor 210 can be checked to see if the desired amount of electrolyte 206 has been introduced. The process can be repeated as needed until the desired amount of electrolyte 206 is in the supercapacitor 210.

После заполнения электролитом 206 в некоторых вариантах исполнения в заливочное отверстие может быть введен материал для закупоривания суперконденсатора 210. Материал может представлять собой, например, металл, который совместим с оболочкой 207 и электролитом 206. В одном примере материал с тугой посадкой вводят в заливочное отверстие, по существу, выполняя холодную сварку пробки в заливочном отверстии. Конечно, тугая посадка может быть дополнена другими способами сварки, как обсуждается здесь далее.After filling with electrolyte 206, in some embodiments, a material may be introduced into the fill hole to seal the supercapacitor 210. The material may be, for example, a metal that is compatible with the shell 207 and the electrolyte 206. In one example, a tight fit material is inserted into the fill hole. essentially cold welding the plug into the filler hole. Of course, the tight fit can be complemented by other welding methods, as discussed hereinafter.

Чтобы показать, как производится процесс заполнения суперконденсатора 210, были выполнены два варианта исполнения суперконденсатора 210. В одном заполнение проводили без вакуума, в другом заполняли в вакууме. Электрические характеристики двух вариантов исполнения приведены в табл. 3. При повторяющемся проведении таких измерений было отмечено, что повышенные технические характеристики достигаются при заполнении суперконденсатора 210 с применением вакуума. Было определено, что, как правило, желательно, чтобы давление внутри оболочки 207 снижалось до уровня ниже чем около 150 мТорр (20 Па) и более конкретно ниже чем около 40 мТорр (5,3 Па).To show how the process of filling the supercapacitor 210 is carried out, two versions of the supercapacitor 210 were made. In one, the filling was carried out without a vacuum, in the other, it was filled in a vacuum. The electrical characteristics of the two versions are shown in table. 3. With repeated such measurements, it was noted that improved performance is achieved by filling supercapacitor 210 using a vacuum. It has been determined that it is generally desirable for the pressure within the shell 207 to decrease to less than about 150 mTorr (20 Pa), and more specifically, less than about 40 mTorr (5.3 Pa).

Таблица 3Table 3

Сравнительная эффективность способов заполненияComparative efficiency of filling methods

Параметр (при 0,1 В) Parameter (at 0.1V) Без вакуума No vacuum С вакуумом With vacuum Расхождение Divergence Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) при температуре 45°Ф (7,2°С) Equivalent series resistance (ESR) at 45 ° F (7.2 ° C) 3,569 Ом 3.569 Ohm 2,568 Ом 2,568 Ohm (-28%) (-28%) Емкость при 12 мГц Capacity @ 12MHz 155,87 мФ 155.87 mF 182,3 мФ 182.3 mF (+14,49%) (+ 14.49%) Фаза при 12 мГц Phase at 12 MHz 79, 19 градусов 79.19 degrees 83 градусов 83 degrees ( + 4,59%) (+ 4.59%)

Чтобы оценить эффективность способа вакуумного заполнения, были испытаны две различных пакетных ячейки. Пакетные ячейки включали два электрода 203, причем каждый электрод 203 был основан на углеродистом материале. Электроды 203 были размещены каждый напротив друг друга и обращенными друг к другу. Между ними был помещен сепаратор 205 для предотвращения короткого замыкания, и все компоненты были пропитаны электролитом 206. Два внешних столбиковых вывода были предусмотрены для четырех точек измерения. Применяемый сепаратор 205 представлял собой полиэтиленовый сепаратор 205, и ячейка имела общий объем около 0,468 мл. Это имело результатом значительное снижение начального тока утечки, а также снижение тока утечки на протяжении последующей части интервала измерения.To evaluate the effectiveness of the vacuum filling method, two different stack cells were tested. The stacked cells included two electrodes 203, with each electrode 203 being based on a carbonaceous material. The electrodes 203 were placed opposite each other and facing each other. A separator 205 was placed between them to prevent short circuits, and all components were impregnated with electrolyte 206. Two outer bumps were provided for four measuring points. The separator 205 used was a polyethylene separator 205 and the cell had a total volume of about 0.468 ml. This resulted in a significant reduction in the initial leakage current as well as a decrease in the leakage current over the subsequent part of the measurement interval.

Ток утечки может быть определен несколькими путями. Качественно ток утечки можно рассматривать как ток, выводимый в устройство, когда устройство достигло состояния равновесия. На практике всегда или почти всегда необходимо оценивать фактический ток утечки как состояние равновесия, которое в принципе может достигаться только асимптотически. Таким образом, ток утечки в данном измерении может быть аппроксимирован измерением тока, подводимого в суперконденсатор 210, тогда как суперконденсатор 210 поддерживается, по существу, при фиксированном напряжении и подвергается воздействию, по существу, фиксированной температуры окружающей среды в течение относительно длительного периода времени. В некоторых ситуациях относительно длительный период времени может быть определен аппроксимированием функции ток-время как экспоненциальной функции, тогда обеспечивая прохождение нескольких (например, от около 3 до 5) характеристических постоянных констант. Часто такие диапазоны продолжительности варьируют от около 50 до около 100 ч для многих технологий суперконденсаторов. В альтернативном варианте, если такой длительный период времени является непрактичным по любой причине, ток утечки может быть просто экстраполирован, опять же, возможно, аппроксимированием функции ток-время как экспоненциальной функции, если это представляется допустимым. А именно ток утечки в общем будет зависеть от температуры окружающей среды. Таким образом, для охарактеризования работоспособности устройства при температуре или в температурном диапазоне, как правило, важно подвергать устройство воздействию представляющей интерес температуры окружающей среды, когда измеряют ток утечки.Leakage current can be determined in several ways. Qualitatively, the leakage current can be thought of as the current drawn into a device when the device has reached equilibrium. In practice, it is always or almost always necessary to evaluate the actual leakage current as a state of equilibrium, which in principle can only be achieved asymptotically. Thus, the leakage current in this measurement can be approximated by measuring the current supplied to the supercapacitor 210, while the supercapacitor 210 is maintained at a substantially fixed voltage and exposed to a substantially fixed ambient temperature for a relatively long period of time. In some situations, a relatively long period of time can be determined by approximating the current-time function as an exponential function, then allowing several (eg, about 3 to 5) characteristic constants to pass. Such duration ranges often vary from about 50 to about 100 hours for many supercapacitor technologies. Alternatively, if such a long period of time is impractical for any reason, the leakage current can simply be extrapolated, again perhaps by approximating the current-time function as an exponential function, if this seems acceptable. Namely, the leakage current will generally depend on the ambient temperature. Thus, to characterize the operability of a device at a temperature or over a temperature range, it is generally important to expose the device to the ambient temperature of interest when measuring the leakage current.

С обращением теперь к фиг. 10 показаны формы примерной оболочки 207. Помимо всего прочего оболочка 207 обеспечивает структуру и физическую защиту суперконденсатора 210. В этом примереReferring now to FIG. 10 shows the shapes of an exemplary shell 207. Among other things, shell 207 provides structure and physical protection for supercapacitor 210. In this example

- 19 038017 оболочка 207 включает кольцеобразный корпус 220 цилиндрической формы и соответствующую ему крышку 224. В этом варианте исполнения крышка 224 включает центральный участок, который был удален и заполнен электрическим изолятором 226. Проходной контакт 219 крышки проходит через электрический изолятор 226 для обеспечения пользователю доступа к сохраняемой энергии.- 19 038017 envelope 207 includes an annular cylindrical body 220 and a corresponding cover 224. In this embodiment, cover 224 includes a central portion that has been removed and filled with electrical insulator 226. Cover feedthrough 219 extends through electrical insulator 226 to provide user access to stored energy.

Общеупотребительные материалы для оболочки 207 включают нержавеющую сталь, алюминий, тантал, титан, никель, медь, олово, разнообразные сплавы, многослойные материалы и т.п. Для оболочки могут быть использованы конструкционные материалы, такие как материалы на полимерной основе (как правило, в комбинации, по меньшей мере, с некоторыми металлическими компонентами).Common materials for cladding 207 include stainless steel, aluminum, tantalum, titanium, nickel, copper, tin, various alloys, laminates, and the like. Materials of construction, such as polymer-based materials (typically in combination with at least some metal components), can be used for the shell.

Хотя этот пример изображает только проходной контакт 219 на крышке 224, должно быть понятно, что конструкция оболочки 207 не ограничивается обсуждаемыми здесь вариантами исполнения. Например, крышка 224 может включать многочисленные проходные контакты 219. В некоторых вариантах исполнения корпус 220 включает вторую, подобную крышку 224 на противоположном конце кольцеобразного цилиндра. Кроме того, должно быть понятно, что оболочка 207 не ограничивается вариантами исполнения, имеющими кольцеобразный корпус 220 цилиндрической формы. Например, оболочка 207 может иметь створчатую конструкцию, призматическую конструкцию, представлять собой пакет или любую другую форму, которая является подходящей для нужд конструктора, изготовителя или пользователя.While this example only depicts the feed-through contact 219 on the cover 224, it should be understood that the design of the shell 207 is not limited to the embodiments discussed herein. For example, cover 224 may include multiple feedthrough contacts 219. In some embodiments, housing 220 includes a second, similar cover 224 at the opposite end of the annular cylinder. In addition, it should be understood that the shell 207 is not limited to embodiments having a cylindrical annular body 220. For example, the shell 207 can be of a flap structure, a prismatic structure, a bag, or any other shape that is suitable for the needs of the designer, manufacturer, or user.

В этом примере крышку 224 изготавливают с наружным диаметром, который рассчитан на плотную посадку внутри внутреннего диаметра корпуса 220. В собранном состоянии крышка 224 может быть приварена к корпусу 220, тем самым обеспечивая для пользователя герметичное уплотнение.In this example, cap 224 is manufactured with an outer diameter that is designed to fit snugly within the inner diameter of body 220. When assembled, cap 224 may be welded to body 220 thereby providing a hermetic seal to the user.

Со ссылкой теперь на фиг. 11 показан примерный аккумуляторный элемент 212. В этом примере аккумуляторный элемент 212 относится к рулетному типу энергоаккумулирующего устройства. В этих вариантах исполнения материалы энергоаккумулирующего устройства намотаны с образованием туго упакованного рулона. Как правило, многочисленные проводники формируют каждый концевой вывод 208 и обеспечивают электрический доступ к надлежащему слою аккумуляторного элемента 212. В общем, в собранном состоянии каждый вывод 208 электрически соединен с оболочкой 207 (таким образом, как соответствующим проходным контактом 219 и/или непосредственно на оболочку 207). Аккумуляторный элемент 212 может принимать разнообразные формы. Как правило, имеются по меньшей мере две группы многочисленных проводников (например, выводов 208), по одному для каждого токового коллектора 202. Для простоты в ряде иллюстрируемых здесь вариантов исполнения показан только один из выводов 208.Referring now to FIG. 11 shows an exemplary battery cell 212. In this example, the battery cell 212 is of the roll type energy storage device. In these embodiments, the materials of the energy storage device are wound to form a tightly packed roll. Typically, multiple conductors form each end terminal 208 and provide electrical access to the proper layer of the battery cell 212. In general, when assembled, each terminal 208 is electrically connected to the sheath 207 (such as a corresponding feedthrough contact 219 and / or directly to the sheath 207). Battery cell 212 can take a variety of forms. Typically, there are at least two sets of multiple conductors (eg, leads 208), one for each current collector 202. For simplicity, only one of the leads 208 is shown in some of the embodiments illustrated herein.

Желательно высокоэффективное уплотнение оболочки 207. То есть предотвращение проникновения наружной среды (такой воздух, влага, и т.д.) способствует поддержанию в чистоте компонентов аккумуляторного элемента 212. Кроме того, этим предотвращается утечка электролита 206 из аккумуляторного элемента 212.A highly efficient seal of the shell 207 is desirable. That is, preventing the penetration of the outside environment (such air, moisture, etc.) helps to keep the components of the battery cell 212 clean. In addition, this prevents the electrolyte 206 from leaking from the battery cell 212.

С обращением теперь к фиг. 12 оболочка 207 может включать внутренний барьер 230. В некоторых вариантах исполнения барьер 230 представляет собой покрытие. В этом примере барьер 230 сформирован из политетрафторэтилена (PTFE). Политетрафторэтилен (PTFE) проявляет разнообразные свойства, которые делают эту композицию весьма пригодной для барьера 30. PTFE имеет температуру плавления около 327°С, обладает превосходными диэлектрическими свойствами, имеет коэффициент трения между около 0,05 и 0,10, который является втрое более низким, чем у любого известного твердого материала, имеет высокую коррозионную стойкость и прочие благоприятные характеристики. Как правило, внутренний участок крышки 224 может включать размещенный на ней барьер 230.Referring now to FIG. 12, sheath 207 may include an inner barrier 230. In some embodiments, barrier 230 is a cover. In this example, the barrier 230 is formed from polytetrafluoroethylene (PTFE). Polytetrafluoroethylene (PTFE) exhibits a variety of properties that make this composition highly suitable for barrier 30. PTFE has a melting point of about 327 ° C, has excellent dielectric properties, has a coefficient of friction between about 0.05 and 0.10, which is three times lower than any known solid material, it has a high corrosion resistance and other favorable characteristics. Typically, the interior portion of the lid 224 may include a barrier 230 disposed thereon.

Для барьера 230 могут быть использованы другие материалы. К этим другим материалам относятся формы керамических материалов (керамический материал любого типа, который может быть пригодным для нанесения и удовлетворяет критериям работоспособности), другие полимеры (предпочтительно высокотемпературные полимеры) и т.п. Примерные другие полимеры включают перфторалкоксилированный (PFA) и фторированный этиленпропиленовый сополимер (FEP), а также этилентетрафторэтиленовый сополимер (ETFE).Other materials can be used for the barrier 230. These other materials include shapes of ceramics (any type of ceramic material that can be applied and meets workability criteria), other polymers (preferably high temperature polymers), and the like. Exemplary other polymers include perfluoroalkoxylated (PFA) and fluorinated ethylene propylene copolymer (FEP), and ethylene tetrafluoroethylene copolymer (ETFE).

Барьер 230 может включать любой материал или комбинацию материалов, которые обеспечивают уменьшение электрохимических или других типов реакций между аккумуляторным элементом 212 и оболочкой 207 или компонентами оболочки 207. В некоторых вариантах исполнения комбинации проявляются как однородные дисперсии различных материалов в одиночном слое. В других вариантах исполнения комбинации проявляются как различающиеся материалы внутри многочисленных слоев. Могут быть применены другие комбинации. Короче говоря, барьер 230 можно рассматривать как по меньшей мере одно из электрического изолятора и химически инертного покрытия (то есть проявляющего низкую реакционную способность), и поэтому, по существу, противостоит или препятствует по меньшей мере одному из электрического и химического взаимодействий между аккумуляторным элементом 212 и оболочкой 207. В некоторых вариантах исполнения термины низкая реакционная способность и низкая химическая реакционная способность в особенности имеют отношение к скорости химического взаимодействия, которая является ниже уровня, создающего проблемы для заинтересованной стороны.Barrier 230 can include any material or combination of materials that reduces electrochemical or other types of reactions between battery cell 212 and enclosure 207 or components of enclosure 207. In some embodiments, combinations appear as uniform dispersions of different materials in a single layer. In other embodiments, combinations appear as different materials within multiple layers. Other combinations can be applied. In short, barrier 230 can be viewed as at least one of an electrical insulator and a chemically inert coating (i.e., exhibiting low reactivity), and therefore substantially opposes or inhibits at least one of the electrical and chemical interactions between battery cell 212 and shell 207. In some embodiments, the terms low reactivity and low chemical reactivity specifically refer to a chemical reaction rate that is below the level of concern for the interested party.

Как правило, внутренность оболочки 207 может заключать в себе барьер 320 таким образом, чтоTypically, the interior of the shell 207 may enclose a barrier 320 such that

- 20 038017 покрыты все поверхности оболочки 207, которые открыты к внутренности. По меньшей мере один необработанный участок 231 может содержаться внутри корпуса 220 и на наружной поверхности 236 крышки- 20 038017 covers all surfaces of the shell 207, which are open to the inside. At least one untreated portion 231 may be contained within the body 220 and on the outer surface 236 of the lid

224 (см. фиг. 13A). В некоторых вариантах исполнения необработанные участки 231 (см. фиг. 13B) могут быть предусмотрены в расчете на требования к сборке, такие как участки, которые будут герметизироваться или соединяться (например, сваркой).224 (see FIG. 13A). In some embodiments, the untreated portions 231 (see FIG. 13B) may be provided for assembly requirements such as portions to be sealed or joined (eg, welded).

Барьер 230 может быть нанесен на внутренние участки с использованием общеупотребительных способов. Например, в случае PTFE барьер 230 может быть нанесен окрашиванием или напылением барьера 230 на внутреннюю поверхность в виде покрытия. Чтобы обеспечить сохранение желательной целостности необработанных участков 231, в качестве части процесса может быть применена маска. Короче говоря, для создания барьера 230 могут быть использованы разнообразные способы.Barrier 230 can be applied to interior areas using conventional techniques. For example, in the case of PTFE, the barrier 230 can be applied by painting or spraying the barrier 230 onto the inner surface as a coating. A mask may be applied as part of the process to ensure that the desired integrity of the untreated portions 231 is maintained. In short, a variety of methods can be used to create barrier 230.

В одном примерном варианте исполнения барьер 230 имеет толщину от около 3 до около 5 мил (76,2-127 мкм), тогда как материал, используемый для барьера 230, представляет собой материал на основе PFA. В этом примере поверхности для размещения материала, который составляет барьер 230, подготавливают пескоструйной обработкой, такой как обработка струей оксида алюминия. Когда поверхности очищены, наносят материал, сначала в виде жидкости, затем в форме порошка. Материал отверждают в процессе термической обработки. В некоторых вариантах исполнения продолжительность цикла нагревания составляет от около 10 до около 15 мин, при температуре около 370°С. Это приводит к получению конечного сплошного барьера 230, который, по существу, не содержит точечных отверстий или мелких дефектов. Фиг. 14 изображает сборку в одном варианте исполнения суперконденсатора 210 согласно приведенным здесь указаниям. В этом варианте исполнения суперконденсатор 210 включает корпус 220, который включает размещенный в нем барьер 230, крышку 224 с размещенным в ней барьером 230 и аккумуляторный элемент 212. Во время сборки крышку устанавливают поверх корпуса 220. Первый из выводов 208 электрически соединяют с проходным контактом 219 крышки, тогда как второй из выводов 208 электрически соединяют с оболочкой 207, обычно в донной части, на боковой стороне или на крышке 224. В некоторых вариантах исполнения второй из выводов 208 соединен с еще одним проходным контактом 219 (таким как на противолежащей крышке 224).In one exemplary embodiment, the barrier 230 has a thickness of about 3 to about 5 mils (76.2-127 microns), while the material used for the barrier 230 is a PFA-based material. In this example, the surfaces to accommodate the material that constitutes the barrier 230 are prepared by sandblasting, such as an alumina blasting. When the surfaces are cleaned, the material is applied, first in the form of a liquid, then in the form of a powder. The material is cured during heat treatment. In some embodiments, the duration of the heating cycle is from about 10 to about 15 minutes, at a temperature of about 370 ° C. This results in a final continuous barrier 230 that is substantially free of pinholes or small defects. FIG. 14 depicts an assembly in one embodiment of a supercapacitor 210 as instructed herein. In this embodiment, supercapacitor 210 includes a housing 220 that includes a barrier 230 housed therein, a lid 224 with a barrier 230 housed therein, and a battery cell 212. During assembly, the lid is positioned over the housing 220. The first of the terminals 208 is electrically connected to a feed-through contact 219 cover, while the second of the leads 208 is electrically connected to the shell 207, usually at the bottom, on the side, or on the cover 224. In some embodiments, the second of the leads 208 is connected to another through contact 219 (such as on the opposite cover 224) ...

С барьером 230, размещенным на внутренней(-их) поверхности(-ях) оболочки 207, электрохимические и другие реакции между оболочкой 207 и электролитом значительно сокращаются или, по существу, устраняются. Это является в особенности важным при более высоких температурах, где скорость химических и прочих реакций, как правило, возрастает.With the barrier 230 positioned on the inner surface (s) of the shell 207, electrochemical and other reactions between the shell 207 and the electrolyte are significantly reduced or substantially eliminated. This is especially important at higher temperatures, where the rate of chemical and other reactions tends to increase.

Со ссылкой теперь на фиг. 15 показана относительная производительность суперконденсатора 210 в сравнении с эквивалентным в остальном суперконденсатором. В фиг. 15A показан ток утечки для прототипного варианта исполнения суперконденсатора 210. В фиг. 15B показан ток утечки для эквивалентного суперконденсатора 210, который включает барьер 230. В фиг. 15B суперконденсатор 210 является электрически эквивалентным суперконденсатору, ток утечки которого показан в фиг. 15A. В обоих случаях оболочка 207 была из нержавеющей стали, и подводимое на ячейку напряжение составляло 1,75 В, и электролит не был очищен. Температуру поддерживали постоянной при 150°С. Примечательно, что ток утечки в фиг. 15B проявляет сравнительно более низкое начальное значение и отсутствие значительного возрастания со временем, тогда как ток утечки в фиг. 15A показывает сравнительно более высокое начальное значение, а также существенное увеличение со временем.Referring now to FIG. 15 shows the relative performance of supercapacitor 210 compared to an otherwise equivalent supercapacitor. In FIG. 15A shows the leakage current for the prototype supercapacitor 210. In FIG. 15B shows the leakage current for an equivalent supercapacitor 210 that includes a barrier 230. In FIG. 15B supercapacitor 210 is electrically equivalent to the supercapacitor whose leakage current is shown in FIG. 15A. In both cases, the casing 207 was stainless steel and the voltage applied to the cell was 1.75 V and the electrolyte was not purified. The temperature was kept constant at 150 ° C. Notably, the leakage current in FIG. 15B exhibits a comparatively lower initial value and no significant increase over time, while the leakage current in FIG. 15A shows a comparatively higher initial value as well as a significant increase over time.

Как правило, барьер 230 создает надлежащую толщину надлежащего материала между аккумуляторным элементом 212 и оболочкой 207. Барьер 230 может включать однородную смесь, неоднородную смесь и/или по меньшей мере один слой материалов. Барьер 230 может создавать полное покрытие (т.е. создавать покрытие на всей площади внутренней поверхности оболочки, за исключением электродных контактов), или частичное покрытие. В некоторых вариантах исполнения барьер 230 формируют из многочисленных компонентов. Например, следует рассмотреть вариант исполнения, представленный ниже в фиг. 16.Typically, the barrier 230 creates the proper thickness of the proper material between the battery cell 212 and the shell 207. The barrier 230 may include a homogeneous mixture, a heterogeneous mixture, and / or at least one layer of materials. Barrier 230 can provide full coverage (ie, provide coverage over the entire inner surface of the shell, excluding electrode contacts), or partial coverage. In some embodiments, the barrier 230 is formed from multiple components. For example, consider the embodiment shown below in FIG. sixteen.

С привлечением фиг. 16 показаны аспекты дополнительного варианта исполнения. В некоторых вариантах исполнения аккумуляторный элемент 212 размещают внутри пакета 233. То есть аккумуляторный элемент 212 имеет размещенный на нем барьер 230 обернутым вокруг него или иным образом нанесенный для отделения аккумуляторного элемента 212 от оболочки 207 в собранном состоянии. Пакет 233 может быть нанесен задолго до укладки аккумуляторного элемента 212 в оболочку 207. Поэтому применение пакета 233 может создавать определенные преимущества, такие как для изготовителей (Следует отметить, что для целей иллюстрации пакет 233 показан свободно уложенным поверх аккумуляторного элемента 212).Referring to FIG. 16 shows aspects of a further embodiment. In some embodiments, the battery cell 212 is housed within the stack 233. That is, the battery cell 212 has a barrier 230 disposed thereon wrapped around or otherwise applied to separate the battery cell 212 from the shell 207 when assembled. The stack 233 may be applied long before the battery cell 212 is placed in the casing 207. Therefore, the use of the stack 233 can provide certain advantages, such as for manufacturers (Note that for purposes of illustration, the stack 233 is shown loosely over the battery cell 212).

В некоторых вариантах исполнения пакет 233 применяют в сочетании с покрытием, причем покрытие размещают поверх по меньшей мере части внутренних поверхностей. Например, в одном варианте исполнения покрытие размещают внутри внутренности оболочки 207 только на участках, где пакет 233 может быть, по меньшей мере частично поврежден (например, быть пробитым выводом 208). Совместно пакет 233 и покрытие формируют эффективный барьер 230.In some embodiments, stack 233 is used in combination with a coating, with the coating being placed over at least a portion of the interior surfaces. For example, in one embodiment, the coating is placed within the interior of the shell 207 only in areas where the package 233 may be at least partially damaged (eg, be punctured by the terminal 208). Together, the package 233 and the cover form an effective barrier 230.

Соответственно этому введение барьера 230 может давать суперконденсатор, который проявляетAccordingly, the introduction of a barrier 230 can produce a supercapacitor that exhibits

- 21 038017 ток утечки со сравнительно низкими начальными значениями и с гораздо более медленным возрастанием тока утечки со временем, принимая во внимание прототип. Важно то, что ток утечки суперконденсатора остается на практически приемлемых (то есть желательно низких) уровнях, когда суперконденсатор подвергается воздействию температур окружающей среды, при которых прототипные конденсаторы проявляли бы недопустимо высокие начальные значения тока утечки и/или неприемлемо быстрые возрастания тока утечки со временем.- 21 038017 leakage current with relatively low initial values and with a much slower increase in leakage current over time, taking into account the prototype. Importantly, the supercapacitor leakage current remains at practically acceptable (i.e., desirably low) levels when the supercapacitor is exposed to ambient temperatures at which prototype capacitors would exhibit unacceptably high initial leakage currents and / or unacceptably rapid increases in leakage current over time.

Традиционно термин ток утечки в общем относится к току, выводимому конденсатором, который измеряют после данного периода времени. Это измерение выполняют, когда выводы конденсатора поддерживаются, по существу, при фиксированной разности потенциалов (напряжении на клеммах). При оценке тока утечки типичный период времени составляет 72 ч, хотя могут быть применены различные периоды. Отмечено, что ток утечки для конденсаторов согласно прототипу, как правило, возрастает с увеличением объема и площади поверхности энергоаккумулирующей среды и сопутствующим повышением площади внутренней поверхности оболочки. Как правило, возрастание тока утечки рассматривается как показатель прогрессивно нарастающих скоростей реакций внутри суперконденсатора 210. Требования к рабочим характеристикам в отношении тока утечки в основном определяются условиями окружающей среды, преобладающими при конкретном применении. Например, в отношении суперконденсатора 210, имеющего объем 20 мл, практический предел тока утечки может падать ниже 100 мА.Traditionally, the term leakage current generally refers to the current drawn out by a capacitor that is measured after a given period of time. This measurement is performed when the capacitor leads are maintained at a substantially fixed potential difference (terminal voltage). When estimating leakage current, the typical time period is 72 hours, although different periods can be applied. It is noted that the leakage current for capacitors according to the prototype, as a rule, increases with an increase in the volume and surface area of the energy storage medium and a concomitant increase in the area of the inner surface of the shell. Typically, an increase in leakage current is viewed as an indication of the progressively increasing reaction rates within supercapacitor 210. The performance requirements for leakage current are primarily determined by the environmental conditions prevailing in a particular application. For example, with a supercapacitor 210 having a volume of 20 ml, the practical limit for the leakage current may fall below 100 mA.

Имея в распоряжении описываемые здесь варианты исполнения барьера 230 и его разнообразные формы, должно быть понятно, что суперконденсатор 210 может создавать другие преимущества как результат подавления реакции между оболочкой 207 и энергоаккумулирующей средой 201. Например, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) суперконденсатора 210 может проявлять сравнительно более низкие значения со временем. Кроме того, нежелательные химические реакции, которые происходят в конденсаторе согласно прототипу, часто создают нежелательные эффекты, такие как газовыделение, или в случае герметично закрытой оболочки раздутие оболочки. В обоих случаях это ведет к нарушению структурной целостности оболочки и/или герметичного уплотнения конденсатора. В конечном итоге это может приводить к утечке или катастрофическому отказу прототипного конденсатора. В некоторых вариантах исполнения эти эффекты могут быть в значительной мере сокращены или устранены применением представляемого барьера 230.With the barrier 230 and its various shapes described herein, it should be understood that supercapacitor 210 may provide other advantages as a result of suppressing the reaction between shell 207 and energy storage medium 201. For example, the equivalent series resistance (ESR) of supercapacitor 210 may exhibit comparatively lower values over time. In addition, the undesirable chemical reactions that occur in the condenser according to the prior art often create undesirable effects such as outgassing or, in the case of a hermetically sealed envelope, inflation of the envelope. In both cases, this leads to a violation of the structural integrity of the shell and / or the hermetic seal of the condenser. This can ultimately lead to leakage or catastrophic failure of the prototype capacitor. In some embodiments, these effects can be significantly reduced or eliminated by the use of the present barrier 230.

Должно быть понятно, что термины барьер и покрытие не ограничиваются изложенными здесь указаниями. То есть может быть применен любой способ нанесения надлежащего материала на внутренность оболочки 207, корпуса 220 и/или крышки 224. Например, в других вариантах исполнения барьер 230 фактически вводят в материал или на материал, составляющий корпус 220 оболочки, причем затем материал обрабатывают или придают ему форму, как требуется для формирования разнообразных компонентов оболочки 207. При рассмотрении некоторых из многих возможных способов нанесения барьера 230 может быть в равной степени подходящим способ накатывания, напыления, спекания, наслоения, напечатания или иным путем нанесения материала (-ов). Короче говоря, барьер 230 может быть нанесен с использованием любого способа, который представляется подходящим для изготовителя, конструктора и/или пользователя.It should be understood that the terms barrier and coating are not limited to the teachings set forth herein. That is, any method of applying a suitable material to the interior of the shell 207, body 220, and / or cover 224 can be applied. For example, in other embodiments, the barrier 230 is actually inserted into the material or material constituting the shell body 220, and the material is then processed or imparted. it is shaped as required to form the various components of the shell 207. Considering some of the many possible methods of applying the barrier 230, rolling, spraying, sintering, laminating, printing, or otherwise applying the material (s) may be equally suitable. In short, the barrier 230 can be applied using any method that appears to be suitable for the manufacturer, designer, and / or user.

Используемые в барьере 230 материалы могут быть выбраны сообразно таким свойствам, как реакционная способность, диэлектрическая постоянная, температура плавления, адгезия к материалам оболочки 207, коэффициент трения, стоимость и прочие такие факторы. Для создания желательных свойств могут быть применены комбинации материалов (такие как наслоенные, смешанные или объединенные иным образом).Materials used in the barrier 230 can be selected according to properties such as reactivity, dielectric constant, melting point, adhesion to shell materials 207, coefficient of friction, cost, and other such factors. Combinations of materials (such as layered, blended, or otherwise combined) can be used to create the desired properties.

Применение усиленной оболочки 207, такой как оболочка с барьером 230, в некоторых вариантах исполнения может ограничить деградацию электролита 206. В то время как барьер 230 представляет один способ создания усиленной оболочки 207 могут быть использованы другие способы. Например, применение оболочки 207, выполненной из алюминия, было бы благоприятным благодаря электрохимическим характеристикам алюминия в присутствии электролита 206. Однако с учетом затруднений с изготовлением из алюминия была невозможной (до сих пор) разработка вариантов исполнения оболочки 207, которая имела бы достоинства алюминия.The use of a reinforced shell 207, such as a shell with a barrier 230, in some embodiments can limit the degradation of the electrolyte 206. While the barrier 230 represents one method of creating the reinforced shell 207, other methods may be used. For example, the use of a shell 207 made of aluminum would be beneficial due to the electrochemical characteristics of aluminum in the presence of electrolyte 206. However, given the difficulties in manufacturing from aluminum, it has not (until now) been possible to develop embodiments of shell 207 that have the advantages of aluminum.

Дополнительные варианты исполнения оболочки 207 включают такие, в которых алюминий присутствует на всех внутренних поверхностях, которые могут быть обращены к электролиту, в то же время оставляя пользователям возможность проводить сварку и герметичное закупоривание оболочки. Улучшенная работоспособность суперконденсатора 210 может быть достигнута в результате уменьшения внутренней коррозии, устранения проблем, связанных с применением разнородных металлов в проводящей среде, и по иным соображениям. Преимущественно в оболочке 7 используют существующую технологию введения такого доступного электрода, который включает стеклометаллические уплотнения (и может включать электроды, выполненные из нержавеющей стали, тантала или других предпочтительных материалов и компонентов), и поэтому изготовление получается экономичным.Additional embodiments of shell 207 include those in which aluminum is present on all internal surfaces that may face the electrolyte while still allowing users to weld and seal the shell. Improved performance of supercapacitor 210 can be achieved by reducing internal corrosion, eliminating dissimilar metal problems in a conductive environment, and other considerations. Advantageously, the sheath 7 utilizes the existing technology for inserting such an accessible electrode that includes glass metal seals (and may include electrodes made of stainless steel, tantalum, or other preferred materials and components) and is therefore economical to manufacture.

Хотя здесь представлены варианты исполнения оболочки 207, которые пригодны для суперконденсатора 10, эти варианты исполнения (как в случае с барьером 230) могут быть применены с энергоаккумулирующим устройством любого типа, который представляется целесообразным, и могут предусматри- 22 038017 вать практикуемую технологию любого типа. Например, могут быть использованы другие формы энергоаккумулирующего устройства, включающие электрохимические батареи, в частности батареи на основе лития.While embodiments of enclosure 207 are presented here that are suitable for supercapacitor 10, these embodiments (as with barrier 230) can be used with any type of energy storage device that seems appropriate, and can provide any type of practicable technology. For example, other forms of energy storage device can be used, including electrochemical batteries, in particular lithium-based batteries.

В некоторых вариантах исполнения материал, применяемый для конструирования корпуса 220, включает алюминий, который может включать любой тип алюминия или алюминиевого сплава, считающийся подходящим для конструктора или изготовителя (все из которых в широком смысле называются здесь просто алюминием). Разнообразные сплавы, ламинаты и тому подобные могут быть размещены поверх (например, плакированием) алюминия (причем алюминий обращен во внутренность корпуса 220). Дополнительные материалы (такие как конструкционные материалы или электрически изоляционные материалы, такие как некоторые материалы на основе полимеров) могут быть использованы в дополнение к корпусу и/или оболочке 207. Материалы, размещенные поверх алюминия, могут быть выбраны подобным образом, как представляется целесообразным конструктору или изготовителю.In some embodiments, the material used to construct the housing 220 includes aluminum, which can include any type of aluminum or aluminum alloy deemed suitable by the designer or manufacturer (all of which are broadly referred to herein as just aluminum). A variety of alloys, laminates, and the like can be placed over (eg, cladding) aluminum (with the aluminum facing into the interior of the housing 220). Additional materials (such as materials of construction or electrically insulating materials such as some polymer-based materials) can be used in addition to the housing and / or shell 207. Materials placed on top of the aluminum can be selected in a similar manner as the designer sees fit, or manufacturer.

Как правило, материал(-ы), обращенный(-ые) внутрь оболочки 207, проявляют надлежащим образом низкую реакционную способность в отношении электролита 206 и поэтому являются только иллюстративными в некоторых вариантах исполнения и не ограничивающими приведенные здесь инструкции.Typically, the material (s) facing the inside of the shell 207 exhibit an appropriately low reactivity with the electrolyte 206 and are therefore only illustrative in some embodiments and not limiting of the instructions given herein.

Хотя этот пример изображает только один проходной контакт 219 на крышке 224, должно быть понятно, что конструкция оболочки 207 не ограничивается обсуждаемыми здесь вариантами исполнения. Например, крышка 224 может включать многочисленные проходные контакты 219. В некоторых вариантах исполнения корпус 220 включает вторую подобную крышку 224 на противоположном конце кольцеобразного цилиндра. Кроме того, должно быть понятно, что оболочка 207 не ограничивается вариантами исполнения, имеющими корпус 220 кольцеобразной цилиндрической формы. Например, оболочка 207 может иметь створчатую конструкцию, призматическую конструкцию, пакетную или любую другую форму, которая является подходящей для нужд конструктора, изготовителя или пользователя.While this example only depicts one feedthrough contact 219 on the cover 224, it should be understood that the design of the shell 207 is not limited to the embodiments discussed herein. For example, cover 224 may include multiple feedthrough contacts 219. In some embodiments, housing 220 includes a second similar cover 224 at the opposite end of the annular cylinder. In addition, it should be understood that the shell 207 is not limited to embodiments having an annular cylindrical body 220. For example, shell 207 may be of a flap, prismatic, stacked, or any other shape that is suitable for the needs of the designer, manufacturer, or user.

Желательно высокоэффективное уплотнение оболочки 207. То есть предотвращение проникновения наружной среды (такой воздух, влага, и т.д.) способствует поддержанию в чистоте компонентов аккумуляторного элемента 212. Кроме того, этим предотвращается утечка электролита 206 из аккумуляторного элемента 212.A highly efficient seal of the shell 207 is desirable. That is, preventing the penetration of the outside environment (such air, moisture, etc.) helps to keep the components of the battery cell 212 clean. In addition, this prevents the electrolyte 206 from leaking from the battery cell 212.

С привлечением теперь фиг. 17 показаны аспекты вариантов исполнения заготовки 234 для крышки 224. В фиг. 17A заготовка 234 включает многослойный материал. Слой первого материала 241 представляет собой алюминий. Слой второго материала 242 представляет собой нержавеющую сталь. В вариантах исполнения согласно фиг. 17 нержавеющая сталь составляет плакирующий слой на алюминии, тем самым создавая материал, который проявляет желательную комбинацию металлургических свойств. То есть в приведенных здесь вариантах исполнения алюминий обращен внутрь аккумуляторного элемента (т.е. оболочки), тогда как нержавеющая сталь обращена наружу. Этим путем используются благоприятные электрические свойства алюминия, в то время как конструкционные характеристики (и металлургические свойства, то есть свариваемость) нержавеющей стали составляют основу конструкции. Многослойный материал может включать дополнительные слои, насколько это представляется целесообразным.Referring now to FIG. 17 illustrates aspects of embodiments of blank 234 for lid 224. In FIG. 17A, preform 234 includes a laminate. The layer of the first material 241 is aluminum. The layer of the second material 242 is stainless steel. In the embodiments according to FIG. 17 stainless steel constitutes a cladding layer on aluminum, thereby creating a material that exhibits the desired combination of metallurgical properties. That is, in the embodiments shown here, the aluminum faces the inside of the battery cell (i.e. the shell), while the stainless steel faces outward. In this way, the favorable electrical properties of aluminum are exploited, while the structural characteristics (and metallurgical properties, ie weldability) of stainless steel form the basis of the design. The laminate may include additional layers as appropriate.

Как было упомянуто выше, слой первого материала 241 является плакированным (или нанесенным на него) слоем второго материала 242. Как используемые здесь, термины плакированный, плакирование и тому подобные имеют отношение к связыванию между разнородными металлами. Плакирование часто производят экструдированием двух металлов через фильеру, а также спрессовыванием или прокаткой листов совместно под высоким давлением. Могут быть применены другие способы, такие как лазерное плакирование. Результатом является лист материала, состоящего из многочисленных слоев, где многочисленные слои материала связаны между собой так, что материал может быть подвергнут обработке как единый цельный лист (например, формуется так, как если бы формовался единый лист однородного материала).As mentioned above, the layer of the first material 241 is clad (or applied thereto) a layer of the second material 242. As used herein, the terms clad, clad, and the like refer to bonding between dissimilar metals. Cladding is often done by extruding two metals through a die and by pressing or rolling the sheets together under high pressure. Other methods can be applied, such as laser cladding. The result is a sheet of material composed of multiple layers, where the multiple layers of material are bonded together so that the material can be processed as a single, solid sheet (eg, shaped as if a single sheet of homogeneous material were being formed).

Со ссылкой еще на фиг. 17A в одном варианте исполнения лист плоского сырьевого материала (как показано) используют при получении заготовки 234 для создания плоской крышки 224. Часть слоя второго материала 242 может быть удалена (такая как по окружности крышки 224), чтобы облегчить присоединение крышки 224 к корпусу 220. В фиг. 17B показан еще один вариант исполнения заготовки 234. В этом примере заготовка 234 представлена как лист плакированного материала, который сформирован в вогнутой конфигурации. В фиг. 17C заготовка 234 представлена как лист плакированного материала, сформированный в выпуклой конфигурации. Крышка 224, которую изготавливают из заготовки 234 в разнообразных вариантах исполнения (таких как показанные в фиг. 17), рассчитана на то, чтобы обеспечивать возможность приваривания к корпусу 220 оболочки 207. Более конкретно вариант исполнения согласно фиг. 17B приспособлен для вставления внутрь внутреннего диаметра корпуса 220, тогда как вариант исполнения согласно фиг. 17C рассчитан на надевание поверх наружного диаметра корпуса 220. В разнообразных альтернативных вариантах исполнения слои плакированного материала внутри листа могут быть размещены в обратном порядке.With reference still to FIG. 17A, in one embodiment, a sheet of flat raw material (as shown) is used to form blank 234 to form a flat lid 224. A portion of the layer of second material 242 may be removed (such as around the circumference of lid 224) to facilitate attachment of lid 224 to housing 220. In FIG. 17B shows another embodiment of blank 234. In this example, blank 234 is represented as a sheet of clad material that is formed in a concave configuration. In FIG. 17C, blank 234 is shown as a sheet of clad material formed in a convex configuration. Cap 224, which is made from blank 234 in various embodiments (such as those shown in FIG. 17), is designed to be weldable to body 220 of shell 207. More specifically, the embodiment of FIG. 17B is adapted to fit inside the inside diameter of housing 220, while the embodiment of FIG. 17C is designed to be slid over the outer diameter of the body 220. In various alternative embodiments, the layers of clad material within the sheet may be reversed.

В собранном состоянии крышка 224 может быть приварена к корпусу 220, тем самым обеспечивая для пользователя герметичное уплотнение. Примерные способы сварки включают лазерную сварку иWhen assembled, the cover 224 can be welded to the body 220, thereby providing an airtight seal to the user. Exemplary welding methods include laser welding and

- 23 038017 аргонно-дуговую (TIG) сварку и могут включать другие формы сварки, насколько представляется целесообразным.- 23 038017 argon arc (TIG) welding and may include other forms of welding as appropriate.

С обращением теперь к фиг. 18 показан вариант исполнения электродного сборного узла 250. Электродный сборный узел 250 предназначен для вставления в заготовку 234 и для электрического сообщения энергоаккумулирующей среды с потребителем. Как правило, электродный сборный узел 250 включает втулку 251. Втулка 251 охватывает изолятор 226, который, в свою очередь, окружает проходной контакт 219. В этом примере втулка 251 представляет собой кольцеобразный цилиндр с отогнутым в виде фланца верхним краем.Referring now to FIG. 18 shows an embodiment of an electrode assembly 250. The electrode assembly 250 is designed to be inserted into a workpiece 234 and to electrically communicate the energy storage medium to a consumer. Typically, the electrode assembly 250 includes a sleeve 251. Sleeve 251 encloses an insulator 226, which in turn surrounds a bushing 219. In this example, the sleeve 251 is an annular cylinder with a flanged top edge.

Для сборки крышки 224 в заготовке 234 проделывают отверстие (не показано). Отверстие имеет геометрическую форму, которая по размеру соответствует электродному сборному узлу 250. Соответственно этому электродный сборный узел 250 вставляют в отверстие в заготовке 234. Как только электродный сборный узел 250 вставлен, электродный сборный узел 250 может быть прикреплен к заготовке таким способом, как сварка. Сварка может представлять собой лазерную сварку, которая создает сварной шов по окружности фланца втулки 251. Со ссылкой на фиг. 29 показаны точки 261, где выполняют сварку. В этом варианте исполнения точки 261 представляют собой участки, пригодные для сварки нержавеющей стали с нержавеющей сталью, относительно простой процедуры сварки. Соответственно этому приведенные здесь инструкции обеспечивают надежное приваривание электродного сборного узла 250, посаженного на заготовку 234.To assemble cover 224, a hole (not shown) is drilled in blank 234. The hole has a geometry that matches the size of the electrode assembly 250. Accordingly, the electrode assembly 250 is inserted into the hole in the workpiece 234. Once the electrode assembly 250 is inserted, the electrode assembly 250 can be attached to the workpiece in a manner such as welding. The welding can be laser welding, which creates a weld around the circumference of the sleeve 251 flange. With reference to FIG. 29 shows points 261 where welding is performed. In this embodiment, the points 261 represent areas suitable for welding stainless steel to stainless steel, a relatively simple welding procedure. Accordingly, the instructions provided herein ensure that the electrode assembly 250 is securely welded onto the workpiece 234.

Материал для изготовления втулки 251 может включать металлы или металлические сплавы разнообразных типов. Как правило, материалы для втулки 251 выбирают сообразно, например, конструктивной целостности и способности связываться (с заготовкой 234). Примерные материалы для втулки 251 включают нержавеющую сталь марки 304 или нержавеющую сталь марки 316. Материал для формирования проходного контакта 219 может включать металлы или металлические сплавы разнообразных типов. Как правило, материалы для проходного контакта 219 выбирают соответственно, например, конструктивной целостности и электрической проводимости. Примерные материалы для электрода включают нержавеющую сталь марки 442 или сплав 52.The material for making the sleeve 251 can include metals or metal alloys of various types. Typically, the materials for the sleeve 251 are selected according to, for example, structural integrity and bondability (to preform 234). Exemplary materials for sleeve 251 include 304 stainless steel or 316 stainless steel. Material for forming bushing 219 can include various types of metals or metal alloys. Typically, the materials for the bushing 219 are selected accordingly, for example, structural integrity and electrical conductivity. Exemplary electrode materials include 442 stainless steel or alloy 52.

Как правило, изолятор 226 соединяют с втулкой 251 и проходным контактом 219 известным способом (т.е. в виде стеклометаллического уплотнения). Материал для формирования изолятора может включать, без ограничения, стекло разнообразных типов, изоляционное высокотемпературное стекло, керамическое стекло или керамические материалы. Как правило, материалы для изолятора выбирают сообразно, например, конструктивной целостности и удельному электрическому сопротивлению (т.е. характеристикам электрической изоляции).Typically, the insulator 226 is connected to the sleeve 251 and the bushing 219 in a known manner (i.e., in the form of a glass-metal seal). The material for forming the insulator may include, but is not limited to, various types of glass, insulating high temperature glass, ceramic glass, or ceramic materials. Typically, materials for the insulator are selected according to, for example, structural integrity and electrical resistivity (ie electrical insulation characteristics).

Применение компонентов (таких как вышеуказанный вариант исполнения электродного сборного узла 250), которые основаны на соединении стекла с металлом, а также применение разнообразных способов сварки, обеспечивают герметичное уплотнение энергоаккумулирующего устройства. Для создания герметичного уплотнения могут быть также применены другие компоненты. Как используемый здесь, термин герметичное уплотнение в основном имеет отношение к уплотнению, которое проявляет скорость утечки не более чем такая, которая здесь определена. Однако предполагается, что фактическая эффективность уплотнения может быть достигнута лучшей, чем этот стандарт.The use of components (such as the aforementioned embodiment of the electrode assembly 250), which are based on glass-to-metal bonding, as well as the use of a variety of welding methods, provide a hermetically sealed energy storage device. Other components can also be used to create an airtight seal. As used herein, the term hermetic seal generally refers to a seal that exhibits a leak rate of no more than that defined herein. However, it is anticipated that actual compaction performance can be achieved better than this standard.

Дополнительные или прочие способы связывания электродного сборного узла 250 с заготовкой 234 включают применение связующего агента под фланцем втулки 251 (между фланцем и слоем второго материала 242), когда такие способы считаются приемлемыми.Additional or other methods of bonding the electrode assembly 250 to the preform 234 include the use of a bonding agent under the flange of the sleeve 251 (between the flange and the layer of second material 242) when such methods are considered acceptable.

Со ссылкой теперь на фиг. 20 аккумуляторный элемент 212 размещают внутри корпуса 220. Присоединяют надлежащим образом по меньшей мере один вывод 208 (такой как проходной контакт 219), и крышку 224 сопрягают с корпусом 220 с образованием суперконденсатора 210.Referring now to FIG. 20, a battery cell 212 is housed within a housing 220. At least one terminal 208 (such as a feed-through contact 219) is appropriately coupled, and the cover 224 mates with the housing 220 to form a supercapacitor 210.

В собранном состоянии крышка 224 и корпус 220 могут быть загерметизированы. Фиг. 21 изображает разнообразные варианты исполнения собранного энергоаккумулирующего устройства (в этом случае суперконденсатора 210). В фиг. 21A для создания плоской крышки 224 используют плоскую заготовку 234 (смотри фиг. 17A). Когда крышка 224 установлена на корпус 220, крышку 224 и корпус 220 сваривают для создания уплотнения 262. В этом случае, поскольку корпус 220 представляет собой кольцеобразный цилиндр, сварку выполняют по окружности вокруг корпуса 220 и крышки 224 для создания шва 262. Во втором варианте исполнения, показанном в фиг. 21B, для создания вогнутой крышки 224 применяют вогнутую заготовку 234 (см. фиг. 17B). Когда крышка 224 установлена на корпусе 220, крышку 224 и корпус 220 сваривают для создания герметичного уплотнения 262. В третьем варианте исполнения, показанном в фиг. 21C, для создания выпуклой крышки 224 используют выпуклую заготовку 234 (см. фиг. 17C). Когда крышка 224 установлена на корпусе 220, крышка 224 и корпус 220 могут быть сварены для создания герметичного уплотнения 262. Насколько это целесообразно, плакирующий материал может быть удален (например, таким способом, как станочная обработка или травление и т.д.) для обнажения другого металла в многослойном материале. Соответственно этому в некоторых вариантах исполнения уплотнение 62 может предусматривать сварку алюминия с алюминием. Сварка алюминия с алюминием может быть дополнена другими крепежными средствами, насколько это уместно.When assembled, cover 224 and housing 220 may be sealed. FIG. 21 shows various versions of an assembled energy storage device (in this case supercapacitor 210). In FIG. 21A, a blank 234 is used to form the flat cover 224 (see FIG. 17A). When the cover 224 is installed on the body 220, the cover 224 and the body 220 are welded to form a seal 262. In this case, since the body 220 is an annular cylinder, welding is performed circumferentially around the body 220 and the cover 224 to create a seam 262. In the second embodiment shown in FIG. 21B, a concave blank 234 is used to form the concave cover 224 (see FIG. 17B). When the lid 224 is mounted on the body 220, the lid 224 and the body 220 are welded to form a hermetic seal 262. In the third embodiment shown in FIG. 21C, a convex blank 234 is used to create the convex lid 224 (see FIG. 17C). When the cover 224 is mounted on the body 220, the cover 224 and the body 220 may be welded to create an airtight seal 262. As far as appropriate, the cladding material can be removed (eg, by such a method as machining or etching, etc.) to expose other metal in the laminate. Accordingly, in some embodiments, the seal 62 may include aluminum-to-aluminum welding. Aluminum-to-aluminum welding may be supplemented with other fasteners as appropriate.

Для герметизации оболочки 207 могут быть применены другие способы. Например, могут быть ис- 24 038017 пользованы лазерная сварка, TIG-сварка, контактная сварка, ультразвуковая сварка и другие формы механической герметизации. Однако следует отметить, что традиционные формы механического уплотнения по отдельности не являются достаточными для обеспечения прочного герметичного уплотнения, предлагаемого в суперконденсаторе 210.Other methods can be used to seal the shell 207. For example, laser welding, TIG welding, resistance welding, ultrasonic welding and other forms of mechanical sealing can be used. It should be noted, however, that traditional mechanical seal forms alone are not sufficient to provide the strong hermetic seal offered in supercapacitor 210.

В некоторых вариантах исполнения для внутренних компонентов используют многослойный материал. Например, алюминий может быть плакирован нержавеющей сталью для создания многослойного материала по меньшей мере у одного из выводов 208. В некоторых из этих вариантов исполнения часть алюминия может быть удалена для обнажения нержавеющей стали. Затем открытая нержавеющая сталь может быть использована для присоединения вывода 208 к проходному контакту 219 с использованием простых сварочных процедур.In some embodiments, a laminate is used for the internal components. For example, aluminum can be clad with stainless steel to create a laminate at at least one of the terminals 208. In some of these embodiments, some of the aluminum can be removed to expose the stainless steel. The exposed stainless steel can then be used to connect lead 208 to feed-through terminal 219 using simple welding procedures.

Применение плакированного материала для внутренних компонентов может потребовать конкретных вариантов исполнения плакированного материала. Например, может быть благоприятным применение плакированного материала, который включает алюминий (нижний слой), нержавеющую сталь и/или тантал (промежуточный слой) и алюминий (верхний слой), что тем самым ограничивает воздействие внутренней среды суперконденсатора 210 на нержавеющую сталь. Эти варианты исполнения могут быть усилены, например, дополнительным покрытием из полимерных материалов, таких как PTFE.The use of clad material for internal components may require specific clad material options. For example, it may be beneficial to use a clad material that includes aluminum (bottom layer), stainless steel and / or tantalum (intermediate layer) and aluminum (top layer), thereby limiting the internal environment of supercapacitor 210 to stainless steel. These versions can be reinforced, for example, with an additional coating of polymeric materials such as PTFE.

Как правило, сборка оболочки часто включает стадии, в которых размещают аккумуляторный элемент 212 внутри корпуса 220 и заполняют корпус 220 электролитом 206. Может быть выполнен процесс высушивания. Примерное высушивание включает нагревание корпуса 220 с аккумуляторным элементом 212 и электролитом 206 в нем, часто при пониженном давлении (например, в вакууме). Когда было проведено надлежащее (необязательное) высушивание, могут быть выполнены конечные стадии сборки. В конечных стадиях производят внутренние электрические соединения, устанавливают крышку 224 и крышку 224 герметично уплотняют на корпусе 220, например привариванием крышки 224 к корпусу 220.Typically, envelope assembly often includes the steps of placing the battery cell 212 within the housing 220 and filling the housing 220 with the electrolyte 206. A drying process may be performed. Exemplary drying includes heating housing 220 with battery cell 212 and electrolyte 206 therein, often under reduced pressure (eg, vacuum). When proper (optional) drying has been performed, the final assembly steps can be performed. In the final steps, internal electrical connections are made, cover 224 is installed, and cover 224 is hermetically sealed to housing 220, such as by welding cover 224 to housing 220.

Соответственно этому создание оболочки 207, которая обладает преимуществами многослойного материала, приводит к энергоаккумулирующему устройству, которое проявляет ток утечки со сравнительно низкими начальными значениями и значительно более медленным возрастанием тока утечки со временем по сравнению с прототипом. Важно то, что ток утечки энергоаккумулирующего устройства остается на практически приемлемых (т.е. желательно низких) уровнях, когда суперконденсатор 210 подвергается воздействию температур окружающей среды, при которых прототипные конденсаторы проявляли бы недопустимо высокие начальные значения тока утечки и/или неприемлемо быстрые возрастания тока утечки со временем.Accordingly, the creation of the shell 207, which has the advantages of a laminate, results in an energy storage device that exhibits a leakage current with relatively low initial values and a significantly slower increase in leakage current over time compared to the prior art. Importantly, the leakage current of the energy storage device remains at practically acceptable (i.e., desirably low) levels when supercapacitor 210 is exposed to ambient temperatures at which prototype capacitors would exhibit unacceptably high initial leakage currents and / or unacceptably rapid current rises. leaks over time.

В дополнение суперконденсатор 210 может проявлять другие благоприятные свойства как результат подавления реакции между оболочкой 207 и аккумуляторным элементом 212. Например, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) энергоаккумулирующего устройства может проявлять сравнительно более низкие значения со временем. Кроме того, нежелательные химические реакции, которые происходят в конденсаторе согласно прототипу, часто создают нежелательные эффекты, такие как газовыделение, или в случае герметично закрытой оболочки раздутие оболочки 207. В обоих случаях это ведет к нарушению структурной целостности оболочки 207 и/или герметичного уплотнения энергоаккумулирующего устройства. В конечном итоге это может приводить к утечкам или катастрофическому отказу прототипного конденсатора. Эти эффекты могут быть в значительной мере сокращены или устранены применением представляемого барьера.In addition, supercapacitor 210 may exhibit other beneficial properties as a result of suppressing the reaction between enclosure 207 and battery cell 212. For example, the equivalent series resistance (ESR) of a power storage device may exhibit comparatively lower values over time. In addition, the undesirable chemical reactions that occur in the condenser according to the prior art often create undesirable effects, such as gas evolution, or, in the case of a hermetically sealed shell, swelling of the shell 207. In both cases, this leads to a violation of the structural integrity of the shell 207 and / or the hermetic seal of the energy storage devices. Ultimately this can lead to leaks or catastrophic failure of the prototype capacitor. These effects can be significantly reduced or eliminated by using the presented barrier.

Соответственно этому пользователи теперь имеют в распоряжении оболочку 207 энергоаккумулирующего устройства, где значительная часть внутренних поверхностей вплоть до всех таковых оболочки 207 составлены алюминием (и могут включать индифферентный материал, как описано ниже). Таким образом, предотвращаются проблемы с внутренней коррозией, и конструкторы получают большую свободу действий в выборе надлежащих материалов для электролита 206.Accordingly, users now have at their disposal the energy storage enclosure 207, where a significant portion of the inner surfaces up to all those of the enclosure 207 are composed of aluminum (and may include an indifferent material, as described below). In this way, internal corrosion problems are prevented and designers have greater leeway in selecting the proper materials for the electrolyte 206.

Применением многослойного материала (например, плакированного материала) в оболочку 207 может быть введена нержавеющая сталь, и такие компоненты могут быть использованы со стеклометаллическими уплотнениями. Компоненты могут быть приварены к состоящей из нержавеющей стали стороне плакированного материала с использованием таких способов, как лазерная или контактная сварка, тогда как алюминиевая сторона плакированного материала может быть сварена с другими алюминиевыми деталями (например, корпусом 220).By using a laminate (eg, clad material), stainless steel can be incorporated into the shell 207 and such components can be used with glass metal seals. The components can be welded to the stainless steel side of the clad material using techniques such as laser or resistance welding, while the aluminum side of the clad material can be welded to other aluminum parts (eg, housing 220).

В некоторых вариантах исполнения для покрытия частей оболочки 207 может быть использована полимерная изоляция. Этим путем можно обеспечить то, что компоненты энергоаккумулирующего устройства находятся в контакте только с металлами приемлемых типов (такими как алюминий). Примерные полимеры для изоляции включают PFA, FEP, TFE (тетрафторэтиленовый сополимер) и PTFE. Пригодные полимеры (или другие материалы) ограничены только нуждами конструктора системы или изготовителя и свойствами соответствующих материалов. Могла бы быть сделана ссылка на фиг. 22, где небольшое количество изоляционного материала 239 предусмотрено для ограничения воздействия электролита 206 на нержавеющую сталь втулки 251 и проходного контакта 219. В этом примере вывод 208 соединяют с проходным контактом 219 таким способом как сварка и затем покрывают изоляционным материалом 239.In some embodiments, polymer insulation may be used to cover portions of the shell 207. In this way it can be ensured that the components of the energy storage device are in contact only with acceptable types of metals (such as aluminum). Exemplary insulation polymers include PFA, FEP, TFE (tetrafluoroethylene copolymer), and PTFE. Suitable polymers (or other materials) are limited only by the needs of the system designer or manufacturer and the properties of the respective materials. Reference could be made to FIG. 22, where a small amount of insulating material 239 is provided to limit the effect of electrolyte 206 on the stainless steel of bushing 251 and bushing 219. In this example, terminal 208 is connected to bushing 219 in a manner such as welding and then covered with insulating material 239.

- 25 038017- 25 038017

С привлечением теперь фиг. 23 изображены аспекты сборки крышки 224 в еще одном варианте исполнения. Фиг. 23A изображает шаблон (т.е. заготовку 234), которую используют для создания корпуса крышки 224. Шаблон в основном имеет размеры для соответствия оболочке 207 аккумуляторного элемента (такого как суперконденсатор 210) надлежащего типа. Крышка 224 может быть сформирована способом, в котором сначала создают шаблон с образованием заготовки, включающей куполообразный выступ 237 внутри шаблона (показано в фиг. 23B), и затем проделывают отверстие в куполообразном выступе 237 для образования прохода 232 (показано в фиг. 23C). Конечно, заготовка 234 (например, круглый кусок сырьевого материала) может быть сформирована прессованием или иным образом изготовлена, чтобы одновременно образовать вышеуказанные геометрические элементы.Referring now to FIG. 23 depicts aspects of the assembly of cover 224 in yet another embodiment. FIG. 23A depicts a template (ie, blank 234) that is used to create a cover body 224. The template is generally sized to fit a proper type of battery cell shell 207 (such as supercapacitor 210). Cover 224 may be formed by first creating a template to form a blank including a domed projection 237 within the template (shown in FIG. 23B) and then punching a hole in the domed protrusion 237 to form a passage 232 (shown in FIG. 23C). Of course, the preform 234 (eg, a round piece of raw material) can be molded or otherwise manufactured to simultaneously form the aforementioned geometric elements.

Как правило, и в отношении этих вариантов исполнения крышка может быть сформирована из алюминия или из его сплава. Однако крышка может быть выполнена из любого материала, который представляется пригодным изготовителю, пользователю, конструктору и тому подобным. Например, крышка 224 может быть изготовлена из стали и пассивирована (то есть покрыта инертным покрытием), или иным путем приготовлена для применения в оболочке 207.As a rule, and in relation to these variants of execution, the cover can be formed from aluminum or from an alloy thereof. However, the cover can be made of any material that appears to be suitable for the manufacturer, user, designer, and the like. For example, cover 224 can be made of steel and passivated (i.e., coated with an inert coating), or otherwise prepared for use in enclosure 207.

Теперь опять со ссылкой на фиг. 24 показан еще один вариант исполнения электродного сборного узла 250. В этих вариантах исполнения электродный сборный узел 250 включает проходной контакт 219 и материал полусферической формы, размещенный вокруг проходного контакта 219. Материал полусферической формы служит в качестве изолятора 226 и, как правило, имеет форму для соответствия куполообразному выступу 237. Полусферический изолятор 226 может быть изготовлен из любого подходящего материала для создания герметичного уплотнения, в то же время выдерживающего химическое воздействие электролита 206. Примерные материалы включают PFA (перфторалкоксиполимер), FEP (фторированный этиленпропиленовый сополимер), PVF (поливинилфторид), TFE (тетрафторэтилен), CTFE (хлортрифторэтилен), PCTFE (полихлортрифторэтилен), ETFE (полиэтилентетрафторэтиленовый сополимер), ECTFE (полиэтиленхлортрифторэтиленовый сополимер), PTFE (политетрафторэтилен), еще один материал на основе фторполимера, а также любой другой материал, который может проявлять сходные свойства (в переменной степени) и обеспечивать удовлетворительные технические характеристики (например, проявляя, помимо всего прочего, высокую устойчивость к растворителям, кислотам и основаниям при высоких температурах, низкую стоимость, и т.п.).Now again with reference to FIG. 24, another embodiment of an electrode sub-assembly 250 is shown. In these embodiments, the electrode sub-assembly 250 includes a bushing 219 and a hemispherical shaped material disposed around the bushing 219. The hemispherical shaped material serves as an insulator 226 and is generally shaped for conforming to domed protrusion 237. Hemispherical insulator 226 can be made of any suitable material to create an airtight seal while resisting the chemical attack of electrolyte 206. Exemplary materials include PFA (perfluoroalkoxy polymer), FEP (fluorinated ethylene propylene copolymer), PVF (polyvinyl fluoride), TFE (tetrafluoroethylene), CTFE (chlorotrifluoroethylene), PCTFE (polychlorotrifluoroethylene), ETFE (polyethylene tetrafluoroethylene copolymer), ECTFE (polyethylene chlorotrifluoroethylene copolymer), PTFE (polytetrafluoroethylene), which can also develop any other material based on fluorine running properties (to a variable degree) and provide satisfactory technical characteristics (for example, exhibiting, among other things, high resistance to solvents, acids and bases at high temperatures, low cost, etc.).

Проходной контакт 210 может быть сформирован из алюминия или его сплава. Однако проходной контакт 219 может быть выполнен из любого материала, который представляется пригодным изготовителю, пользователю, конструктору и т.п. Например, проходной контакт 219 может быть изготовлен из стали и пассивирован (то есть покрыт инертным покрытием, таким как кремний) или иным образом приготовлен для применения в электродном сборном узле 250. Один примерный способ пассивации включает стадии, в которых осаждают покрытие из гидрированного аморфного кремния на поверхность подложки и функционализируют покрытую подложку воздействием на подложку сшивающего реагента, имеющего по меньшей мере одну ненасыщенную углеводородную группу, под давлением и при повышенной температуре в течение эффективного периода времени. Покрытие из гидрированного аморфного кремния осаждают способом, в котором подвергают подложку воздействию газообразного гидрида кремния под давлением и при повышенной температуре в течение эффективного периода времени.The feed-through contact 210 can be formed from aluminum or an alloy thereof. However, the feed-through contact 219 can be made of any material deemed suitable by the manufacturer, user, designer, or the like. For example, feed-through contact 219 can be made of steel and passivated (i.e., coated with an inert coating such as silicon) or otherwise prepared for use in electrode assembly 250. One exemplary passivation method includes the steps of depositing a coating of hydrogenated amorphous silicon on the surface of the substrate and functionalizing the coated substrate by subjecting the substrate to a crosslinking reagent having at least one unsaturated hydrocarbon group under pressure and at elevated temperature for an effective period of time. The hydrogenated amorphous silicon coating is deposited by a method in which the substrate is exposed to gaseous silicon hydride under pressure and at elevated temperature for an effective period of time.

Полусферическому изолятору 226, сравнительно с куполообразным выступом 237, могут быть приданы такие размеры, чтобы достигалась скользящая посадка (то есть герметичное уплотнение) при сборке в крышке 224. Полусферический изолятор 226 не обязательно должен иметь идеально симметричные или классические полусферические пропорции. То есть полусферический изолятор 226 является, по существу, полусферическим и может включать, например, незначительные корректировки размеров, небольшой фланец (такой как у основания) и прочие особенности, насколько это представляется целесообразным. Полусферический изолятор 226, как правило, формируют из однородного материала, однако это не является обязательным условием. Например, полусферический изолятор 226 может включать тороидальную структуру (не показано), заполненную воздухом или газом, для обеспечения желательного расширения или способности к сжатию.The hemispherical insulator 226, relative to the domed projection 237, can be dimensioned to achieve a sliding fit (ie, a hermetic seal) when assembled in the cover 224. The hemispherical insulator 226 does not need to have perfectly symmetrical or classic hemispherical proportions. That is, hemispherical insulator 226 is substantially hemispherical and may include, for example, minor dimensional adjustments, a small flange (such as at the base), and other features as appropriate. Hemispherical insulator 226 is typically formed from a uniform material, but this is not required. For example, hemispherical insulator 226 may include a toroidal structure (not shown) filled with air or gas to provide the desired expansion or compressibility.

Как показано в фиг. 25, электродный сборный узел 250 может быть вставлен в шаблон (то есть в формованную заготовку 234) для создания крышки 224 согласно одному варианту исполнения, который предусматривает полусферическое герметичное уплотнение.As shown in FIG. 25, the electrode assembly 250 may be inserted into a template (i.e., a molded blank 234) to form a cover 224, according to one embodiment that provides a hemispherical hermetic seal.

Как показано в фиг. 26, в разнообразных вариантах исполнения фиксатор 243 может быть соединен или иным образом сопряжен с дном крышки 224 (то есть участком крышки 224, которая обращена к внутренности оболочки 207 и обращена к аккумуляторному элементу 212). Фиксатор 243 может быть связан с крышкой 224 с помощью разнообразных способов, таких как сварка алюминия (такая как лазерная, ультразвуковая и т.п.). Для соединения могут быть применены другие способы, включающие, например, штампование (то есть механическое связывание) и пайку твердым припоем. Соединение может быть выполнено, например, вдоль периметра фиксатора 243. Как правило, соединение производят по меньшей мере в одной точке связывания для создания желательного уплотнения 271. По меньшей мере один фиксатор, такой как многочисленные заклепки, может быть использован для уплотнения изолятора 226 внутри фиксатора 243.As shown in FIG. 26, in various embodiments, the latch 243 may be coupled or otherwise mated to the bottom of the cover 224 (that is, the portion of the cover 224 that faces the interior of the enclosure 207 and faces the battery cell 212). Retainer 243 may be coupled to cover 224 using a variety of methods such as aluminum welding (such as laser, ultrasonic, etc.). Other methods can be used for joining, including, for example, stamping (i.e., mechanical bonding) and brazing. The connection can be made, for example, along the perimeter of the retainer 243. Typically, the connection is made at at least one tie point to create the desired seal 271. At least one retainer, such as multiple rivets, can be used to seal the insulator 226 within the retainer 243.

- 26 038017- 26 038017

В примере согласно фиг. 26 крышка 224 имеет вогнутую конструкцию (смотри фиг. 17B). Однако могут быть применены другие конструкции. Например, может быть предусмотрена выпуклая крышкаIn the example of FIG. 26, cover 224 has a concave design (see FIG. 17B). However, other designs can be applied. For example, a convex lid can be provided

224 (фиг. 17C) и также может быть применена надеваемая поверх крышка 224 (вариант варианта исполнения из фиг. 17C, который конфигурирован для монтажа, как изображено в фиг. 21C).224 (FIG. 17C) and a slip-on cover 224 (a variant of the embodiment of FIG. 17C that is configured for mounting as shown in FIG. 21C) may also be used.

В некоторых вариантах исполнения по меньшей мере одна деталь из оболочки 207 и крышки 224 включает материалы, которые содержат многочисленные слои. Например, первый слой материала может включать алюминий, со вторым слоем материала, выполненным из нержавеющей стали. В этом примере нержавеющая сталь представляет собой плакирующее покрытие на алюминии, тем самым создавая материал, который проявляет желательную комбинацию металлургических свойств. То есть в приводимых здесь вариантах исполнения алюминий обращен к внутренности аккумуляторного элемента (то есть оболочки), тогда как нержавеющая сталь обращена наружу. Этим путем используются выгодные электрические свойства алюминия, в то время как конструкционные характеристики (и металлургические свойства, то есть свариваемость) нержавеющей стали составляют основу конструкции. Многослойный материал может включать дополнительные слои, насколько это представляется целесообразным. Это благоприятным образом обеспечивает возможность сварки нержавеющей стали с нержавеющей сталью, что является относительно простой процедурой сварки.In some embodiments, at least one of the shell 207 and cover 224 includes materials that include multiple layers. For example, the first layer of material may include aluminum, with a second layer of material made of stainless steel. In this example, stainless steel is a cladding coating on aluminum, thereby creating a material that exhibits the desired combination of metallurgical properties. That is, in the embodiments shown here, the aluminum faces the inside of the battery cell (i.e. the shell), while the stainless steel faces outward. In this way, the advantageous electrical properties of aluminum are exploited, while the structural characteristics (and metallurgical properties, ie weldability) of stainless steel form the basis of the design. The laminate may include additional layers as appropriate. This advantageously allows stainless steel to be welded to stainless steel, which is a relatively simple welding procedure.

Материал, применяемый для крышки, а также для проходного контакта 219, может быть выбран с учетом теплового расширения полусферического изолятора 226. Кроме того, способ изготовления также может быть рассчитан с учетом теплового расширения. Например, когда собирают крышку 224, изготовитель может прилагать давление к полусферическому изолятору 226, тем самым, по меньшей мере, в какой-то мере сжимая полусферический изолятор 226. Этим путем, по меньшей мере, при некотором тепловом расширении крышки 224 это происходит без опасности влияния на эффективность герметичного уплотнения.The material used for the cover as well as for the bushing 219 can be selected considering the thermal expansion of the hemispherical insulator 226. In addition, the manufacturing method can also be calculated taking into account the thermal expansion. For example, when the cover 224 is assembled, the manufacturer can apply pressure to the hemispherical insulator 226, thereby at least somewhat compressing the hemispherical insulator 226. In this way, at least with some thermal expansion of the cover 224, this occurs without danger influence on the effectiveness of the hermetic seal.

В то время как материал, используемый для формирования корпуса 220, включает алюминий, пригоден алюминий или алюминиевый сплав любого типа (все из которых в широком смысле называются здесь алюминием), который представляется подходящим конструктору или изготовителю. Разнообразные сплавы, многослойные композиты и тому подобные могут быть размещены поверх (то есть в виде плакирования) алюминия (причем алюминий обращен внутрь корпуса 220). Дополнительные материалы (такие как конструкционные материалы или электрически изоляционные материалы, такие как некоторые материалы на основе полимеров) могут быть использованы в дополнение к корпусу и/или оболочке 207. Материалы, размещенные поверх алюминия, могут быть выбраны подобным образом, как представляется целесообразным конструктору или изготовителю.While the material used to form the body 220 includes aluminum, any type of aluminum or aluminum alloy (all of which is broadly referred to herein as aluminum) is suitable as is deemed appropriate by the designer or manufacturer. A variety of alloys, multilayer composites, and the like may be placed on top of (i.e., cladding) aluminum (with the aluminum facing towards the interior of the housing 220). Additional materials (such as materials of construction or electrically insulating materials such as some polymer-based materials) can be used in addition to the housing and / or shell 207. Materials placed on top of the aluminum can be selected in a similar manner as the designer sees fit, or manufacturer.

Применение алюминия не является обязательным или требуемым. Короче говоря, выбор материала может предусматривать применение любого материала, который представляется подходящим конструктору, изготовителю или пользователю и т.п. Могут быть приняты во внимание разнообразные факторы, например, такие как сокращение электрохимического взаимодействия с электролитом 206, конструкционные характеристики, стоимость и т.п..The use of aluminum is optional or required. In short, the choice of material can involve the use of any material that seems appropriate to the designer, manufacturer or user, and the like. A variety of factors can be taken into account, such as reduction of electrochemical interaction with electrolyte 206, design characteristics, cost, etc.

Теперь будет приведено более подробное обсуждение аккумуляторного элемента 212. С привлечением фиг. 27 представлен вид в разрезе суперконденсатора 210. В этом примере аккумуляторный элемент 212 вставлен внутрь корпуса 220 и содержится в нем. Многочисленные проводники объединены вместе в жгут и соединены каждый с оболочкой 207 как одним из выводов 208. В некоторых вариантах исполнения многочисленные проводники соединены с дном корпуса 220 (на внутренней стороне), тем самым превращая корпус 220 в отрицательный контакт 255. Подобным образом, другие многочисленные проводники объединены в жгут и соединены с проходным контактом 219, образуя положительный контакт 256. Электрическая изоляция отрицательного контакта 255 и положительного контакта 256 обеспечивается электрическим изолятором 226. Как правило, присоединение проводников выполняют с помощью сварки, такой как по меньшей мере одна из лазерной и ультразвуковой сварки. Конечно, могут быть применены другие способы, насколько это представляется целесообразным.A more detailed discussion of the battery cell 212 will now be given. With reference to FIG. 27 is a cross-sectional view of supercapacitor 210. In this example, battery cell 212 is inserted into and contained within housing 220. Multiple conductors are bundled together and each connected to the sheath 207 as one of the terminals 208. In some embodiments, the multiple conductors are connected to the bottom of the case 220 (on the inside), thereby converting the case 220 into a negative terminal 255. Similarly, numerous other the conductors are bundled and connected to the feedthrough terminal 219 to form a positive terminal 256. The electrical insulation of the negative terminal 255 and the positive terminal 256 is provided by an electrical insulator 226. Typically, the connection of the wires is accomplished by welding, such as at least one of laser and ultrasonic welding. Of course, other methods can be applied as appropriate.

Должно быть понятно, что для обеспечения высокоэффективного хранения энергии требуются надежные способы сборки. Соответственно этому теперь обсуждаются некоторые из способов сборки.It should be understood that reliable assembly methods are required to provide highly efficient energy storage. Accordingly, some of the assembly methods are now discussed.

Со ссылкой теперь на фиг. 28 показаны компоненты примерного электрода 203. В этом примере электрод 203 будет использован в качестве отрицательного электрода 203 (однако, это обозначение является произвольным и предназначено только для упоминания).Referring now to FIG. 28 shows the components of an exemplary electrode 203. In this example, electrode 203 will be used as negative electrode 203 (however, this designation is arbitrary and is for reference only).

Как можно отметить из иллюстрации, по меньшей мере, в этом варианте исполнения сепаратор 205, как правило, является более длинным и более широким, чем энергоаккумулирующая среда 201 (и токовый коллектор 202). При использовании более обширного сепаратора 205 обеспечивается защита от короткого замыкания отрицательного электрода 203 с положительным электродом 203. Также предусматривается применение дополнительного материала в сепараторе 205 для лучшей электрической защиты проводников и вывода 208.As can be seen from the illustration, at least in this embodiment, the separator 205 is generally longer and wider than the energy storage medium 201 (and the current collector 202). By using the larger separator 205, short circuit protection of the negative electrode 203 to the positive electrode 203 is provided. Additional material is also provided in the separator 205 for better electrical protection of the conductors and terminal 208.

Теперь с привлечением фиг. 29 представлен вид сбоку одного варианта исполнения аккумуляторного элемента 212. В этом примере слоистая стопа энергоаккумулирующей среды 201 включает первый сепаратор 205 и второй сепаратор 205 таким образом, что электроды 203 электрически разделены, когдаNow referring to FIG. 29 is a side view of one embodiment of battery cell 212. In this example, the laminated stack of energy storage medium 201 includes a first separator 205 and a second separator 205 such that the electrodes 203 are electrically separated when

- 27 038017 аккумуляторный элемент 212 собирают в рулонный аккумуляторный элемент 223. Следует отметить, что термин положительный и отрицательный в отношении электрода 203 и сборки суперконденсатора 210 является исключительно произвольным, и имеет отношение к функциональности, когда суперконденсатор 210 собран, и в нем сохраняется заряд. Эта договоренность, которая стала общепринятой в технологии, не означает того, что заряд сохраняется до сборки, или подразумевает любой другой аспект, иной, нежели указание на физическую идентификацию различных электродов.27 038017 battery cell 212 is assembled into a roll-on battery cell 223. It should be noted that the term positive and negative with respect to electrode 203 and supercapacitor 210 assembly is extremely arbitrary, and has to do with functionality when supercapacitor 210 is assembled and charged. This convention, which has become common in technology, does not mean that the charge is conserved until assembly, or implies any other aspect other than indicating the physical identification of the various electrodes.

Перед сматыванием аккумуляторного элемента 212 отрицательный электрод 203 и положительный электрод 203 выравнивают относительно друг друга. Выравнивание электродов 203 обеспечивает лучшую производительность суперконденсатора 210, так как длина пути ионного транспорта, как правило, сводится к минимуму, когда достигается наивысшая степень выравнивания. Кроме того, при соблюдении высокой степени выравнивания не требуется избыточный сепаратор 205, и в результате не ухудшается эффективность суперконденсатора 210.Before winding up the battery cell 212, the negative electrode 203 and the positive electrode 203 are aligned with each other. Aligning the electrodes 203 provides the best performance for the supercapacitor 210, since the ion transport path length is generally minimized when the highest alignment is achieved. In addition, while maintaining a high degree of alignment, the redundant separator 205 is not required, and as a result, the efficiency of the supercapacitor 210 is not degraded.

С обращением теперь также к фиг. 30 показан один вариант исполнения аккумуляторного элемента 212, в котором электроды 203 были скатаны с образованием рулонного аккумуляторного элемента 212. Один из сепараторов 205 присутствует в качестве самого наружного слоя аккумуляторного элемента 212 и отделяет энергоаккумулирующую среду 201 от внутренней поверхности оболочки 201.Referring now also to FIG. 30 shows one embodiment of a battery cell 212 in which the electrodes 203 have been rolled to form a roll-on battery cell 212. One of the separators 205 is present as the outermost layer of the battery cell 212 and separates the energy storage medium 201 from the inner surface of the shell 201.

Согласование по полярности может быть выполнено для согласования полярности самого наружного электрода в рулонном аккумуляторном элементе 223 с полярностью корпуса 220. Например, в некоторых вариантах исполнения отрицательный электрод 203 находится на самой наружной стороне плотно скатанной упаковки, которая образует рулонный аккумуляторный элемент 223. В этих вариантах исполнения обеспечивается еще одна степень гарантии против короткого замыкания. То есть где отрицательный электрод 203 соединен с корпусом 220, отрицательный электрод 203 является таким, который размещен как самый наружный электрод в рулонном аккумуляторном элементе 223. Соответственно этому, если бы сепаратор 205 оказался непригодным, например, вследствие механического износа, обусловленного вибрацией суперконденсатора 210 во время применения, суперконденсатор 210 не выйдет из строя в результате короткого замыкания между самым наружным электродом в рулонном аккумуляторном элементе 223 и корпусом 220.Polarity matching may be performed to match the polarity of the outermost electrode in the roll cell 223 with the polarity of the housing 220. For example, in some embodiments, the negative electrode 203 is on the outermost side of the tightly rolled package that forms the roll cell 223. In these embodiments, execution provides another degree of protection against short circuits. That is, where the negative electrode 203 is connected to the housing 220, the negative electrode 203 is the one that is located as the outermost electrode in the roll cell 223. Accordingly, if the separator 205 was found to be unusable, for example, due to mechanical wear due to vibration of the supercapacitor 210 during use, the supercapacitor 210 will not fail as a result of a short circuit between the outermost electrode in the coil cell 223 and the housing 220.

Для каждого варианта исполнения рулонного аккумуляторного элемента 223, по меньшей мере, на сепараторе 205 может быть установочная метка 272. Установочная метка 272 будет использована для указания местоположения проводников на каждом из электродов 203. В некоторых вариантах исполнения местоположение проводников задается расчетом. Например, если принимать во внимание внутренний диаметр скатанного рулона и общую толщину объединенных сепараторов 205 и электродов 203, то может быть оценено местоположение для размещения каждого из проводников. Однако практика показала, что более результативным и эффективным является применение установочной метки 272. Установочная метка 272 может включать, например, прорезь на кромке сепаратора(-ов) 205.For each roll-to-roll cell 223, at least separator 205 may have a position mark 272. The position mark 272 will be used to indicate the location of the conductors on each of the electrodes 203. In some embodiments, the location of the conductors is calculated. For example, considering the inside diameter of the rolled roll and the total thickness of the combined separators 205 and electrodes 203, the location for each of the conductors can be estimated. However, practice has shown that it is more effective and efficient to use the alignment mark 272. The alignment mark 272 may include, for example, a notch in the edge of the separator (s) 205.

Как правило, установочную метку 272 используют для каждой новой спецификации аккумуляторного элемента 212. То есть когда в новой спецификации аккумуляторного элемента 212 может потребоваться иная толщина по меньшей мере одного слоя в нем (сравнительно с предыдущим вариантом исполнения), применение прежних установочных меток может быть, по меньшей мере, несколько неточным.Typically, a location mark 272 is used for each new battery cell specification 212. That is, when a new battery cell specification 212 may require a different thickness of at least one layer therein (compared to the previous embodiment), the use of the old location marks may be at least somewhat imprecise.

Как правило, установочная метка проявляется как одиночная радиальная линия, которая пересекает рулон от его центра до его периферии. Соответственно этому, когда проводники монтируют вдоль установочной метки 272, каждый проводник будет выровнен в одну линию с остальными проводниками (как показано в фиг. 32). Однако когда аккумуляторный элемент 212 является размотанным (в вариантах исполнения, где аккумуляторный элемент 212 является или будет становиться рулоном), установочную метку 272 можно рассматривать как многочисленные маркировки (как показано в фиг. 31). По традиции независимо от варианта исполнения или внешнего вида маркировки аккумуляторного элемента 212 идентификация местоположения для введения проводника рассматривается как включающая определение установочной метки 272 или набора установочных меток 272.Typically, a locating mark appears as a single radial line that crosses the roll from its center to its periphery. Accordingly, when the conductors are mounted along the alignment mark 272, each conductor will be aligned with the other conductors (as shown in FIG. 32). However, when the battery cell 212 is unwound (in embodiments where the battery cell 212 is or will become a roll), the placement mark 272 can be viewed as multiple markings (as shown in FIG. 31). Traditionally, regardless of the embodiment or appearance of the labeling of the battery cell 212, identifying a location for insertion of the conductor is considered to include defining a placement mark 272 or a set of placement marks 272.

С привлечением теперь фиг. 31, как только была выполнена установочная метка 272 (такая как маркировкой размотанного аккумуляторного элемента 212), определяется местоположение монтажа для размещения каждого из проводников (то есть описываемое установочной меткой 272). Когда было идентифицировано местоположение монтажа для любой данной спецификации по сборке аккумуляторного элемента 212, относительное положение каждого места монтажа может быть повторено для дополнительных примеров конкретной конструкции аккумуляторного элемента 212.Referring now to FIG. 31, once the placement mark 272 has been made (such as the marking of the unwound battery cell 212), a mounting location is determined for placing each of the conductors (i.e., described by the placement mark 272). Once a mounting location has been identified for any given battery cell 212 assembly specification, the relative position of each mounting location may be repeated for additional examples of a specific battery cell 212 design.

Как правило, каждый проводник соединяют с соответствующим токовым коллектором 202 в аккумуляторном элементе 212. В некоторых вариантах исполнения как токовый коллектор 202, так и проводник изготавливают из алюминия. Как правило, проводник соединяют с токовым коллектором 202 по ширине, W, однако проводник может быть присоединен только на участке ширины, W. Соединение может быть выполнено, например, с помощью ультразвуковой сварки для крепления проводника к токовому коллектору 202. Для выполнения присоединения, по меньшей мере, некоторая часть энергоаккумулирующей среды 201 может быть удалена (насколько целесообразно), чтобы каждый проводник надлежа- 28 038017 щим образом был присоединен к токовому коллектору 202. Могут быть сделаны другие приготовления и операции, насколько это представляется уместным, для выполнения присоединения.Typically, each conductor is connected to a corresponding current collector 202 in battery cell 212. In some embodiments, both the current collector 202 and the conductor are made of aluminum. Typically, the conductor is connected to the current collector 202 across the width, W, however, the conductor may only be connected over a portion of the width, W. The connection can be made, for example, by ultrasonic welding to secure the conductor to the current collector 202. To perform the connection, along at least some of the energy storage medium 201 may be removed (as far as appropriate) so that each conductor is properly connected to the current collector 202. Other arrangements and operations may be made as appropriate to accomplish the connection.

Разумеется, могут быть включены противолежащие установочные метки 273. То есть таким же образом, как сформированы установочные метки 272, может быть выполнен набор противолежащих установочных меток 273 для расчета монтажа проводников противоположной полярности. То есть установочные метки 272 могут быть использованы для монтажа проводников к первому электроду 203, такому как отрицательный электрод 203, тогда как противолежащие установочные метки 273 могут быть использованы для монтажа проводников к положительному электроду 203. В варианте исполнения, где рулонный аккумуляторный элемент 212 является цилиндрическим, противолежащие установочные метки 273 располагаются на противоположной стороне энергоаккумулирующей среды 201 и смещены в продольном направлении относительно установочных меток 272 (как изображено).Of course, opposing alignment marks 273 can be included. That is, in the same manner as the alignment marks 272 are formed, a set of opposing alignment marks 273 can be made to calculate the wiring of opposite polarity conductors. That is, the positioning marks 272 can be used to mount the wires to the first electrode 203, such as the negative electrode 203, while the opposing positioning marks 273 can be used to mount the wires to the positive electrode 203. In an embodiment where the roll cell 212 is cylindrical , opposing locating marks 273 are located on the opposite side of the energy storage medium 201 and are longitudinally offset from the locating marks 272 (as shown).

Следует отметить, что в фиг. 31 как установочные метки 272, так и противолежащие установочные метки 273 показаны размещенными на одиночном электроде 203. То есть фиг. 31 изображает вариант исполнения, который приведен только для иллюстрации пространственного (то есть линейного) соотношения установочных меток 272 и противолежащих установочных меток 273. Это не означает того, что положительный электрод 203 и отрицательный электрод 203 совместно используют энергоаккумулирующую среду 201. Однако следует отметить, что в ситуациях, где установочные метки 272 и противолежащие установочные метки 273 размещают сворачиванием аккумуляторного элемента 212 и затем маркируют сепаратор 205, эти установочные метки 272 и противолежащие установочные метки 273 действительно могут быть размещены на одиночном сепараторе 205. Однако на практике использовали бы только один набор установочных меток 272 и противолежащих установочных меток 273 для монтажа проводников для любого данного электрода 203. То есть должно быть понятно, что изображенный в фиг. 31 вариант исполнения должен быть дополнен еще одним слоем энергоаккумулирующей среды 201 для еще одного электрода 203, который будет иметь противоположную полярность.It should be noted that in FIG. 31, both positioning marks 272 and opposing positioning marks 273 are shown positioned on a single electrode 203. That is, FIG. 31 depicts an embodiment which is shown only to illustrate the spatial (i.e., linear) relationship of position marks 272 and opposing position marks 273. This does not mean that the positive electrode 203 and the negative electrode 203 share energy storage medium 201. However, it should be noted that in situations where locating marks 272 and opposing locating marks 273 are placed by rolling up battery cell 212 and then marking separator 205, these locating marks 272 and opposing locating marks 273 can indeed be placed on a single separator 205. In practice, however, only one set of locating marks would be used. marks 272 and opposing alignment marks 273 for mounting conductors for any given electrode 203. That is, it should be understood that the depicted in FIG. 31 of the embodiment must be supplemented with another layer of energy storage medium 201 for another electrode 203, which will have the opposite polarity.

Как показано в фиг. 32, вышеуказанный способ сборки приводит к аккумуляторному элементу 212, который включает по меньшей мере один набор упорядоченных проводников. Первый набор упорядоченных проводников 291 в особенности полезен при соединении аккумуляторного элемента 212 в его форме рулонного аккумуляторного элемента 223 с одним из отрицательного контакта 255 и положительного контакта 256, тогда как набор противолежащих упорядоченных проводников 292 предназначен для соединения энергоаккумулирующей среды 201 с противоположным контактом (255, 256).As shown in FIG. 32, the above assembly method results in a battery cell 212 that includes at least one set of ordered conductors. The first set of ordered conductors 291 is particularly useful in connecting the battery cell 212 in its roll cell form 223 to one of the negative terminal 255 and the positive terminal 256, while the set of opposing ordered wires 292 is intended to connect the energy storage medium 201 to the opposite contact (255, 256).

Рулонный аккумуляторный элемент 223 может быть заключен в обертку 293. Обертка 293 может быть образована в виде ленты KAPTON™ (которая представляет собой полиимидную пленку, разработанную фирмой DuPont, Уилмингтон, Делавэр), или ленты из PTFE. В этом примере лента KAPTON™ охватывает рулонный аккумуляторный элемент 223 и приклеена к нему. Обертка 293 может быть предусмотрена без клеевого средства, будучи плотно посаженной оберткой 293, которую натянули на рулонный аккумуляторный элемент 223. Обертка 293 может представлять собой более, чем мешочек, такой как мешочек, который в основном охватывает рулонный аккумуляторный элемент 223 (например, такой как обсуждаемый выше пакет 273). В некоторых из этих вариантов исполнения обертка 293 может включать материал, который действовал бы как усадочный упаковочный материал, и тем самым обеспечивал бы эффективное физическое (и в некоторых вариантах исполнения, химическое) ограждение рулонного аккумуляторного элемента 223. Как правило, обертку 293 формируют из материала, который не препятствует электрохимическим функциям суперконденсатора 210. Обертка 293 также может создавать частичное покрытие, если необходимо, например, чтобы способствовать вставлению рулонного аккумуляторного элемента 223.The roll-on battery 223 may be wrapped in a wrapper 293. The wrapper 293 may be formed as a KAPTON ™ tape (which is a polyimide film developed by DuPont, Wilmington, Delaware) or PTFE tape. In this example, the KAPTON ™ tape wraps around the roll-on battery cell 223 and is adhered to it. The wrapper 293 can be provided without an adhesive, being a tight-fitting wrapper 293 that has been pulled over the roll-on battery 223. The wrapper 293 can be more than a pouch, such as a pouch that generally encloses the roll-type battery 223 (e.g., such as package 273 discussed above). In some of these embodiments, the wrapper 293 may include a material that acts as a shrink packaging material, thereby providing an effective physical (and in some embodiments, chemical) enclosure of the roll-on battery 223. Typically, the wrapper 293 is formed from the material which does not interfere with the electrochemical functions of supercapacitor 210. Wrap 293 can also provide a partial coating if necessary, for example, to facilitate insertion of roll-on battery 223.

В некоторых вариантах исполнения отрицательные проводники и положительные проводники размещают на противоположных сторонах рулонного аккумуляторного элемента 223 (в случае рулонного аккумуляторного элемента 223 типа рулета, проводники с отрицательной полярностью и проводники с положительной полярностью могут быть расположены диаметрально). Как правило, размещение проводников с отрицательной полярностью и проводников с положительной полярностью на противоположных сторонах рулонного аккумуляторного элемента 212 выполняют для упрощения конструкции рулонного аккумуляторного элемента 223, а также для создания улучшенной электрической изоляции.In some embodiments, negative conductors and positive conductors are placed on opposite sides of the roll-up battery 223 (in the case of a roll-type battery 223, negative conductors and positive conductors may be diametrically located). Typically, the placement of negative conductors and positive conductors on opposite sides of the roll-on battery 212 is done to simplify the roll-on battery 223 design as well as to provide improved electrical insulation.

В некоторых вариантах исполнения после сборки упорядоченных проводников 291, 292 каждый из многочисленных упорядоченных проводников 291, 292 скручивают в жгут с другими (в этом месте) так, чтобы вокруг многочисленных упорядоченных проводников 291, 292 могла быть расположена усадочная обертка (не показана). Как правило, усадочную обертку формируют из PTFE, однако может быть использован любой совместимый материал. В некоторых вариантах исполнения, когда усадочный оберточный материал был размещен вокруг упорядоченных проводников 291, 292, упорядоченные проводники 291 складывают в форме, которая предполагается для собранного суперконденсатора 210. То есть со ссылкой на фиг. 33 можно видеть, что упорядоченные проводники принимают форму Z. После придания формы Z-складки упорядоченным проводникам 291, 292 и нанесения усадочной обертки усадочная обертка может быть нагрета или иным образом активирована так, чтобы обертка претерпела усадку на месте во- 29 038017 круг упорядоченных проводников 291, 292. Соответственно этому в некоторых вариантах исполнения упорядоченные проводники 291, 292 могут быть упрочнены и защищены оберткой. Применение формыIn some embodiments, after assembling the ordered conductors 291, 292, each of the multiple ordered conductors 291, 292 is twisted with the others (at this location) so that a shrink wrap (not shown) can be positioned around the multiple ordered conductors 291, 292. Typically, the shrink wrap is formed from PTFE, however any compatible material can be used. In some embodiments, when the shrink wrap has been placed around the ordered conductors 291, 292, the ordered conductors 291 are folded in the shape expected for the assembled supercapacitor 210. That is, with reference to FIG. 33 it can be seen that the ordered conductors take the shape of a Z. After shaping the Z-fold of the ordered conductors 291, 292 and applying the shrink wrap, the shrink wrap can be heated or otherwise activated so that the wrapper shrinks in place in the 29 038017 circle of ordered conductors 291, 292. Accordingly, in some embodiments, the ordered conductors 291, 292 may be reinforced and protected by a wrapper. Form application

Z-складки в особенности полезно при присоединении энергоаккумулирующей среды 201 к проходному контакту 219, размещенному внутри крышки 224.Z-folds are particularly useful in attaching the energy storage medium 201 to the feed-through contact 219 located inside the cover 224.

Конечно, могут практиковаться другие варианты исполнения для присоединения каждого набора упорядоченных проводников 291, 292 (то есть каждого вывода 208) к соответствующему контакту 255, 256. Например, в одном варианте исполнения промежуточный проводник присоединяют к одному из проходных контактов 210 и к оболочке 207, чтобы упростить соединение с соответственным набором упорядоченных проводников 291, 292.Of course, other embodiments may be practiced to connect each set of ordered conductors 291, 292 (i.e., each terminal 208) to a corresponding terminal 255, 256. For example, in one embodiment, an intermediate conductor is connected to one of the feed-through contacts 210 and to the sheath 207. to facilitate the connection with the corresponding set of ordered conductors 291, 292.

Применяемые материалы могут быть выбраны соответственно таким свойствами, как реакционная способность, диэлектрическая проницаемость, температура плавления, адгезия к другим материалам, свариваемость, коэффициент трения, стоимость и прочие такие факторы. Для создания желательных свойств могут быть применены комбинации материалов (такие как наслоенные, смешанные или объединенные иным путем).The materials used can be selected according to properties such as reactivity, dielectric constant, melting point, adhesion to other materials, weldability, coefficient of friction, cost and other such factors. Combinations of materials (such as layered, blended, or otherwise combined) can be used to create the desired properties.

В разнообразных вариантах исполнения полезно применение многочисленных суперконденсаторов 210 совместно для создания источника питания. Для обеспечения надежной работы индивидуальные суперконденсаторы 210 могут быть заблаговременно испытаны до применения. Для выполнения тестирования разнообразных типов каждый из суперконденсаторов 210 может быть испытан как одиночная ячейка в последовательном или в параллельном соединении с многочисленными суперконденсаторами 210. Применение различных металлов, соединенных разнообразными способами (такими как сварка), может снизить ESR соединения, а также повысить прочность соединений. Теперь приводятся некоторые аспекты соединений между суперконденсаторами 210.In various embodiments, it is useful to use multiple supercapacitors 210 together to create a power supply. To ensure reliable operation, custom 210 supercapacitors can be pre-tested prior to use. To perform testing of a variety of types, each of the supercapacitors 210 can be tested as a single cell in series or in parallel with multiple supercapacitors 210. The use of different metals connected in a variety of ways (such as welding) can reduce the ESR of the joint as well as increase the strength of the joints. Some aspects of the connections between the supercapacitors 210 are now given.

В некоторых вариантах исполнения суперконденсатор 210 включает два контакта. Два контакта представляют собой штекер (то есть проходной контакт 219) со стеклометаллическим уплотнением и всю остальную оболочку 207. При последовательном соединении многочисленных суперконденсаторов 210 часто желательно предусматривать межсоединение между дном оболочки 207 (в случае цилиндрической формы оболочки 207), чтобы минимизировать расстояние до внутренних проводников, и поэтому достигнуть минимального сопротивления. В этих вариантах исполнения противоположный конец межсоединения обычно соединяют со штекером стеклометаллического уплотнения.In some embodiments, supercapacitor 210 includes two contacts. The two contacts are a glass-metal-sealed plug (i.e., a feed-through contact 219) and the rest of the jacket 207. When connecting multiple supercapacitors 210 in series, it is often desirable to provide an interconnection between the bottom of the jacket 207 (in the case of the cylindrical shape of the jacket 207) in order to minimize the distance to the inner conductors. , and therefore achieve minimum resistance. In these embodiments, the opposite end of the interconnect is typically connected to a glass metal seal plug.

Что касается межсоединений, сварное соединение общеупотребительного типа включает применение сварочного устройства с параллельным наконечником для контактной сварки. Сварной шов может быть выполнен размещением одного конца межсоединения над штекером и сваркой межсоединения непосредственно со штекером. Применение нескольких сварных швов будет повышать прочность и связывание между межсоединением и штекером. Как правило, при приваривании к штекеру конфигурирование конца межсоединения для лучшего сопряжения со штекером служит для обеспечения того, что, по существу, никакой избыточный материал не перекрывает штекер так, что это вызвало бы короткое замыкание.With regard to interconnections, a common type of weld includes the use of a parallel tip welder for resistance welding. The weld can be made by placing one end of the interconnection over the plug and welding the interconnection directly to the plug. Applying multiple welds will increase strength and bond between interconnect and plug. Typically, when welding to a plug, configuring the end of the interconnect to better mate with the plug serves to ensure that substantially no excess material overlaps the plug so that it would cause a short circuit.

Противоположный наконечник сварочного устройства для контактной сварки может быть использован для приваривания межсоединения к штекеру, тогда как ультразвуковое сварочное устройство может быть применено для приваривания межсоединения к дну оболочки 207. Может быть использован способ пайки, когда применяемые металлы являются совместимыми.The opposite tip of a resistance welder can be used to weld the interconnect to the plug, while an ultrasonic welder can be used to weld the interconnect to the bottom of the shell 207. A brazing method can be used when the metals used are compatible.

В отношении материалов, используемых в межсоединениях, материалом обычного типа, применяемого для межсоединения, является никель. Никель может быть использован потому, что он хорошо сваривается с нержавеющей сталью и создает прочный стык. Вместо никеля могут быть применены другие металлы и сплавы, например, для снижения сопротивления в межсоединении.With respect to the materials used in the interconnects, the material of the usual type used for the interconnection is nickel. Nickel can be used because it welds well to stainless steel and creates a strong joint. Instead of nickel, other metals and alloys can be used, for example, to reduce the resistance in the interconnection.

Как правило, материал, выбранный для межсоединения, подбирают по совместимости с материалами штекера, а также материалами оболочки 207. Примерные материалы включают медь, никель, тантал, алюминий и плакированную никелем медь. Дополнительные металлы, которые могут быть применены, включают серебро, золото, латунь, платину и олово.Typically, the material selected for the interconnection is selected for compatibility with the materials of the plug as well as the materials of the jacket 207. Exemplary materials include copper, nickel, tantalum, aluminum, and nickel-clad copper. Additional metals that can be applied include silver, gold, brass, platinum, and tin.

В некоторых вариантах исполнения, таких, где штекер (то есть проходной контакт 219) изготовлен из тантала, для межсоединения может быть использован промежуточный металл, такой как при применении соединения перемычкой. Одно примерное соединение перемычкой включает полоску из тантала, которая была модифицирована применением противоположного наконечника сварочного устройства для контактной сварки, чтобы приварить полоску из алюминия/меди/никеля к перемычке. Затем используют параллельное контактное сварочное устройство для приваривания танталовой полоски к танталовому штекеру.In some embodiments, such as where the plug (ie, feed-through contact 219) is tantalum, an intermediate metal may be used for the interconnection, such as when using a jumper. One exemplary jumper joint includes a tantalum strip that has been modified using an opposing butt welder tip to weld the aluminum / copper / nickel strip to the jumper. A parallel contact welder is then used to weld the tantalum strip to the tantalum plug.

Перемычка также может быть использована на контакте, который представляет собой оболочку 207. Например, ко дну оболочки 207 может быть контактной сваркой приварен кусочек никеля. Этот способ помогает снизить сопротивление межсоединений между ячейками. Применение различных металлов для каждого соединения может снизить ESR межсоединений между последовательно соединенными ячейками.A jumper can also be used on a contact that is shell 207. For example, a nickel piece can be resistance welded to the bottom of shell 207. This method helps to reduce the interconnection resistance between cells. The use of different metals for each connection can reduce the ESR of interconnections between cells connected in series.

Имея в виду описанные таким образом аспекты надежного суперконденсатора 210, который приме- 30 038017 ним для высокотемпературных условий окружающей среды (то есть до около 210°С), теперь приведены и/или определены некоторые дополнительные аспекты.Bearing in mind the thus described aspects of a reliable supercapacitor 210, which is applicable for high temperature environmental conditions (ie, up to about 210 ° C), some additional aspects are now given and / or defined.

В конструкции суперконденсатора 210 могут быть использованы многообразные материалы. Целостность суперконденсатора 210 является существенной, если должен быть исключен доступ кислорода и влаги и должна быть предотвращена утечка электролита 206. Для выполнения этого герметизирующие сварные швы и любые другие точки уплотнения должны соответствовать стандартам для герметичности в пределах предполагаемого эксплуатационного температурного диапазона. Кроме того, выбранные материалы должны быть совместимы с другими материалами, такими как ионные жидкости и растворители, которые могут быть применены в составе электролита 206.A variety of materials can be used in the construction of supercapacitor 210. The integrity of the supercapacitor 210 is essential if oxygen and moisture are to be excluded and electrolyte 206 must be prevented from leaking. To accomplish this, the seal welds and any other seal points must meet standards for tightness within the intended operating temperature range. In addition, the materials selected must be compatible with other materials such as ionic liquids and solvents that can be used in the electrolyte 206.

В некоторых вариантах исполнения проходной контакт 219 сформируют из такого металла, как по меньшей мере один из сплавов KOVAR™ (торговая марка фирмы Carpenter Technology Corporation, Рединг, Пенсильвания, где KOVAR представляет собой выплавляемый в вакууме железо-никелькобальтовый сплав с низким коэффициентом теплового расширения, химический состав которого регулируется в пределах узкого диапазона для обеспечения точных равномерных характеристик теплового расширения), сплав 252 (железоникелевый сплав, пригодный для герметичного соединения стекла и керамики с металлом), тантал, молибден, ниобий, вольфрам, нержавеющая сталь марки 446 (ферритная, не подвергаемая термической обработке нержавеющая сталь, которая обеспечивает хорошую устойчивость к высокотемпературной коррозии и окислению) и титан.In some embodiments, bushing 219 is formed from a metal such as at least one of KOVAR ™ alloys (trademark of Carpenter Technology Corporation, Reading, PA, where KOVAR is a vacuum melted nickel-cobalt iron alloy with a low coefficient of thermal expansion. the chemical composition of which is adjustable within a narrow range to ensure precise uniform thermal expansion characteristics), alloy 252 (iron-nickel alloy suitable for hermetically sealed glass and ceramics with metal), tantalum, molybdenum, niobium, tungsten, stainless steel 446 (ferritic, not heat treated stainless steel, which provides good resistance to high temperature corrosion and oxidation) and titanium.

Корпуса стеклометаллических уплотнений, которые имеют вышеуказанные преимущества, могут быть изготовлены из нержавеющих сталей 300 серии, таких как сплавы 304, 304L, 316 и 316L. Корпуса также могут быть сделаны из такого металла, как по меньшей мере один из разнообразных никелевых сплавов, таких как Inconel (семейство аустенитных жаропрочных сплавов на хромоникелевой основе, которые представляют собой устойчивые к окислению и коррозии материалы, хорошо пригодные для работы в экстремальных условиях окружающей среды, будучи подвергаемыми воздействию давления и тепла), и Hastelloy (металлический сплав с высокой коррозионной стойкостью, который включает никель и присутствующие с разнообразным процентным содержанием молибден, хром, кобальт, железо, медь, марганец, титан, цирконий, алюминий, углерод и вольфрам).Glass metal seal housings, which have the above advantages, can be made from 300 series stainless steels such as alloys 304, 304L, 316 and 316L. The housings can also be made from a metal such as at least one of a variety of nickel alloys such as Inconel (a family of austenitic high temperature alloys based on chromium-nickel, which are oxidation and corrosion resistant materials well suited for extreme environmental conditions. when subjected to pressure and heat) and Hastelloy (a highly corrosion resistant metal alloy that includes nickel and various percentages of molybdenum, chromium, cobalt, iron, copper, manganese, titanium, zirconium, aluminum, carbon and tungsten) ...

Изоляционный материал между проходным контактом 219 и окружающим корпусом в стеклометаллическом уплотнении типично представляет собой стекло, состав которого является собственностью каждого изготовителя уплотнений и зависит от того, находится ли уплотнение под давлением или является пригнанным. В стеклометаллическом уплотнении могут быть применены другие изоляционные материалы. Например, в уплотнении могут быть использованы разнообразные полимеры. Как таковой, термин стеклометаллическое уплотнение является исключительно описательным для типа уплотнения и не обязательно предусматривает то, что уплотнение должно включать стекло.The insulating material between the bushing 219 and the surrounding housing in the glass metal seal is typically glass, the composition of which is the property of each seal manufacturer and depends on whether the seal is pressurized or fitted. Other insulating materials can be used in the glass metal seal. For example, a variety of polymers can be used in the seal. As such, the term glass metal seal is purely descriptive of the type of seal and does not necessarily imply that the seal must include glass.

Оболочка 207 для суперконденсатора 210 может быть выполнена, например, из нержавеющих сталей марок 304, 304L, 316 и 316L. Она также может быть сформирована, без ограничения этим, из некоторых алюминиевых сплавов, таких как 1100, 3003, 5052, 4043 и 6061. Могут быть применены разнообразные многослойные материалы и могут включать, например, алюминиевое плакирование на нержавеющей стали. Другие неограничивающие совместимые металлы, которые могут быть применены, включают платину, золото, родий, рутений и серебро.The shell 207 for the supercapacitor 210 may be made of stainless steels 304, 304L, 316, and 316L, for example. It can also be formed, without limitation, from certain aluminum alloys such as 1100, 3003, 5052, 4043, and 6061. A variety of laminates can be used and can include, for example, aluminum cladding on stainless steel. Other non-limiting compatible metals that can be used include platinum, gold, rhodium, ruthenium, and silver.

Конкретные примеры стеклометаллических уплотнений, которые были использованы в суперконденсаторе 210, включают стеклометаллические уплотнения двух различных типов. Первый тип производится фирмой SCHOTT, находящейся в США, Элмсфорд, штат Нью-Йорк. В этом варианте исполнения используют штекер из нержавеющей стали, стеклянный изолятор и корпус из нержавеющей стали. Второе стеклометаллическое уплотнение производится фирмой HERMETIC SEAL TECHNOLOGY, Цинциннати, Огайо. В этом втором варианте исполнения применяют танталовый штекер, стеклянный изолятор и корпус из нержавеющей стали. Могут быть представлены разнообразные размеры в различных вариантах исполнения.Specific examples of glass metal seals that have been used in supercapacitor 210 include two different types of glass metal seals. The first type is manufactured by SCHOTT, USA, Elmsford, NY. This design uses a stainless steel plug, glass insulator and stainless steel housing. The second glass metal seal is manufactured by HERMETIC SEAL TECHNOLOGY, Cincinnati, OH. This second embodiment employs a tantalum plug, glass insulator and stainless steel housing. A variety of sizes and designs can be presented.

Один дополнительный вариант исполнения стеклометаллического уплотнения включает вариант исполнения, в котором применяют алюминиевое уплотнение и алюминиевый корпус.One optional glass metal seal includes an aluminum seal and an aluminum housing.

Еще один дополнительный вариант исполнения стеклометаллического уплотнения включает алюминиевое уплотнение с использованием эпоксидных или других изоляционных материалов (таких как керамические материалы или кремний).Another optional glass metal seal includes an aluminum seal using epoxy or other insulating materials (such as ceramic or silicon).

Ряд аспектов стеклометаллического уплотнения может быть конфигурирован сообразно желательной цели. Например, надлежащим образом могут быть модифицированы размеры оболочки и штекера и материал штекера и оболочки. Штекер также может представлять собой трубчатый или сплошной штекер, а также представлять многочисленные штекеры в одной крышке. В то время как большинство общеупотребительных типов материалов, используемых для штекера, представляют собой сплавы нержавеющей стали, могут быть использованы омедненная нержавеющая сталь, молибден, платино-иридиевый сплав, разнообразные железоникелевые сплавы, тантал и прочие металлы, некоторые нетрадиционные материалы (такие как алюминий). Оболочку обычно формируют из нержавеющей стали, титана и/илиA number of aspects of the glass metal seal can be configured for a desired purpose. For example, the dimensions of the sheath and plug and the material of the plug and sheath can be appropriately modified. The plug can also be a tubular plug or a solid plug, as well as multiple plugs in one cover. While most of the common types of materials used for the plug are stainless steel alloys, copper-plated stainless steel, molybdenum, platinum-iridium alloy, a variety of iron-nickel alloys, tantalum and other metals can be used, some unconventional materials (such as aluminum) ... The sheath is usually formed from stainless steel, titanium and / or

- 31 038017 разнообразных других материалов.- 31 038017 miscellaneous other materials.

При сборке суперконденсатора 210 могут быть применены многообразные способы крепления. Например, и в отношении сварки могут быть использованы разнообразные способы сварки. Нижеизложенное представляет иллюстративный список типов сварки и разнообразных целей, для которых может быть использована сварка каждого типа.When assembling the supercapacitor 210, a variety of mounting methods can be used. For example, and with respect to welding, a variety of welding methods can be used. The following provides an illustrative list of the types of welding and the various purposes for which each type of welding can be used.

Ультразвуковая сварка, помимо всего прочего, может быть применена для: приваривания алюминиевых контактных выводов к токовому коллектору; привариванию столбиковых выводов к донному плакирующему покрытию; приваривания навесного соединительного провода (джампера) к плакированной перемычке, соединенной со штекером стеклометаллического уплотнения; и приваривания контактных выводов рулонного элемента друг к другу. Импульсная или контактная сварка может быть применена, помимо всего прочего, для приваривания проводников к дну крышки или к штекеру; приваривания проводников к токовому коллектору; приваривания джампера к плакированной перемычке; приваривания плакированной перемычки к выводу 208; приваривания проводников к донной крышке. Лазерная сварка, помимо всего прочего, может быть использована для приваривания крышки из нержавеющей стали к стакану из нержавеющей стали; приваривания перемычки из нержавеющей стали к выполненному из нержавеющей стали штекеру стеклометаллического уплотнения и приваривания пробки к заливочному отверстию. Аргонно-дуговая (TIG) сварка, помимо всего прочего, может быть использована для герметизации алюминиевых крышек с алюминиевым стаканом и наваривания герметизирующего сварного шва на алюминии, где он находится. Холодная сварка (спрессовывание металлов между собой с большим усилием) может быть применена, помимо всего прочего, для: уплотнения заливочного отверстия путем вдавливания с натягом алюминиевого шарика/кнопки в заливочное отверстие.Ultrasonic welding, among other things, can be used for: welding aluminum contact leads to the current collector; welding the bumpers to the bottom cladding; welding the hinged connecting wire (jumper) to the clad jumper connected to the glass metal seal plug; and welding the pins of the roll element to each other. Pulse or resistance welding can be used, among other things, to weld conductors to the bottom of a cover or to a plug; welding conductors to the current collector; welding the jumper to the clad lintel; welding the plated bulkhead to terminal 208; welding the conductors to the bottom cover. Laser welding can, among other things, be used to weld a stainless steel lid to a stainless steel bowl; Welding the stainless steel jumper to the stainless steel glass metal seal plug and weld the plug to the filler hole. Argon arc (TIG) welding, among other things, can be used to seal aluminum caps with an aluminum canister and to weld a sealing weld to the aluminum where it is located. Cold welding (pressing metals together with great force) can be used, among other things, to: seal the filling hole by pressing an aluminum ball / button into the filling hole with an interference fit.

Теперь представлены физические аспекты одного примерного суперконденсатора 210. Следует отметить, что в нижеследующих таблицах терминология контактный вывод в основном имеет отношение к проводнику, как обсуждалось выше; термины перемычка и навесной соединительный провод (джампер) также ссылаются на формы проводника (например, перемычка может быть соединена с проходным контактом, или штекером, тогда как джампер применим для соединения перемычки с контактными выводами или проводниками). Применение разнообразных соединений может упрощать процесс сборки и использовать преимущества определенных способов сборки. Например, перемычка может быть приварена с помощью лазера или контактной сваркой к штекеру, и ультразвуковой сваркой соединена с джампером.Physical aspects of one exemplary supercapacitor 210 are now presented. It should be noted that in the following tables, terminal terminology generally refers to conductor, as discussed above; the terms jumper and jumper wire also refer to the shape of the conductor (for example, a jumper can be connected to a feed-through, or plug, whereas a jumper is used to connect a jumper to pins or conductors). Using a variety of connections can simplify the assembly process and take advantage of specific assembly methods. For example, a jumper can be laser-welded or resistance-welded to the plug and ultrasonically welded to the jumper.

Фиг. 34-42 представляют графики, изображающие эксплуатационные характеристики примерных суперконденсаторов 210, и иллюстрируют технические характеристики суперконденсатора 210 при напряжении 1,75 В и температуре 125°С, а также технические характеристики суперконденсатора 210 при напряжении 1,5 В и температуре 150°С, и технические характеристики суперконденсатора 210 при напряжении 0,5 В и температуре 210°С. В этих последних примерах (при температуре 210°С) суперконденсатор 210 представлял собой закрытую ячейку (то есть оболочку). Суперконденсатор был циклирован 10 раз с зарядным и разрядным током 100 мА, заряжен до 0,5 В, подвергнут измерению сопротивления, разряжен до 10 мВ, оставлен стоять на 10 с и затем циклирован опять.FIG. 34-42 are graphs depicting the performance of exemplary supercapacitors 210, and illustrate the technical characteristics of the supercapacitor 210 at 1.75 V and 125 ° C, as well as the technical characteristics of the supercapacitor 210 at 1.5 V and 150 ° C, and technical characteristics of supercapacitor 210 at a voltage of 0.5 V and a temperature of 210 ° C. In these latter examples (at a temperature of 210 ° C), the supercapacitor 210 was a closed cell (ie, an enclosure). The supercapacitor was cycled 10 times with a charging and discharging current of 100 mA, charged to 0.5 V, subjected to a resistance measurement, discharged to 10 mV, left to stand for 10 s, and then cycled again.

Как правило, суперконденсатор 210 может быть использован при разнообразных условиях окружающей среды и требованиях. Например, напряжение на выводах может варьировать от около 100 мВ до 10 В. Температуры окружающей среды могут варьировать от около -40 до 210°С. Типичные высокие температуры окружающей среды варьируют от 60 до 210°C.Typically, supercapacitor 210 can be used under a variety of environmental conditions and requirements. For example, the voltage across the terminals can range from about 100 mV to 10 V. Ambient temperatures can range from about -40 to 210 ° C. Typical high ambient temperatures range from 60 to 210 ° C.

С привлечением теперь фиг. 43 показаны примерные электронные устройства в сообщении по меньшей мере с одним источником 401 и по меньшей мере одним высокотемпературным перезаряжаемым энергоаккумулирующим устройством 402 (HTRES, которое может представлять собой, например, суперконденсатор 210). В этом неограничивающем примере источник 115 питания включает зарядное устройство (первая подсистема) для зарядки HTRES в сообщении с источником и HTRES. Вторая подсистема в сообщении с HTRES и нагрузкой может включать DC/DC-источник питания (постоянный ток/постоянный ток) и/или DC/AC-источник питания (постоянный ток/переменный ток). В источник 115 питания могут быть включены разнообразные преобразователи мощности и могут быть использованы между источником и HTRES, a также между HTRES и нагрузкой.Referring now to FIG. 43 shows exemplary electronic devices in communication with at least one source 401 and at least one high temperature rechargeable energy storage device 402 (HTRES, which may be, for example, a supercapacitor 210). In this non-limiting example, the power supply 115 includes a charger (first subsystem) for charging HTRES in communication with the source and HTRES. The second subsystem in communication with the HTRES and the load can include a DC / DC power supply (DC / DC) and / or a DC / AC power supply (DC / AC). A variety of power converters can be included in the power supply 115 and can be used between the power supply and the HTRES, as well as between the HTRES and the load.

Источник 401 энергии, который включен в источник 115 питания, может предусматривать разнообразные источники подводимой мощности. Источники подводимой мощности, как правило, могут быть подразделены на три категории. Категории включают первичные батареи, удаленные системы и генераторы.The power supply 401 that is included in the power supply 115 may include a variety of power input sources. Power input sources can generally be divided into three categories. Categories include primary batteries, remote systems and generators.

В некоторых вариантах исполнения источник питания включает первичную батарею как часть источника 401 энергии. Примерные батареи включают такие, которые приспособлены к работе в суровых условиях. Конкретные примеры включают разнообразные химические батареи, в том числе батареи с литием. Более конкретные примеры включают литий-тионилхлоридные (Li-SOCl2) батареи и батареи, основанные на подобных технологиях и/или химических принципах. Однако понятно, что некоторые из таких технологий могут оказаться непригодными для достижения желательных температурных показа- 32 038017 телей, и что некоторые из этих технологий могут поддерживать хранение энергии только в течение короткого периода времени (то есть хранение энергии может предусматривать, например, элементы, которые не является перезаряжаемыми или которые имеют укороченный срок службы по сравнению с другими элементами). Другие примерные батареи, которые могут быть включены в источник 115 питания, включают литий-бром-хлоридные, а также литий-сульфурилхлоридные и с расплавленной солью.In some embodiments, the power source includes a primary battery as part of the power source 401. Exemplary batteries include those that are designed to withstand harsh environments. Specific examples include a variety of chemical batteries including lithium batteries. More specific examples include lithium thionyl chloride (Li-SOCl 2 ) batteries and batteries based on similar technologies and / or chemical principles. However, it is understood that some of these technologies may not be suitable for achieving the desired temperature values, and that some of these technologies may only support energy storage for a short period of time (that is, energy storage may include, for example, elements that are not rechargeable or which have a shorter life than other cells). Other exemplary batteries that may be included in the power supply 115 include lithium bromine chloride as well as lithium sulfuryl chloride and molten salt.

Источник 401 может предусматривать по меньшей мере одно соединение с удаленным источником питания. То есть энергия может подводиться от внешнего источника, например, по кабелю. Принимая во внимание, что внешние источники энергии не ограничены скважинным оборудованием, основная проблема в отношении принятия энергии включает способы и устройства для подведения энергии в ствол скважины. Примерные способы передачи энергии на каротажный зонд 100 и источник 115 питания включают трубу для прокладки проводов, трубопроводную систему с проводами, гибкие насоснокомпрессорные трубы малого диаметра и прочие способы, какие могут быть известны в технологии.The power supply 401 can provide at least one connection to a remote power supply. That is, energy can be supplied from an external source, for example, via a cable. Whereas external energy sources are not limited to downhole equipment, a major challenge with respect to energy acceptance includes methods and devices for supplying energy to the wellbore. Exemplary methods for transmitting power to the logging tool 100 and power supply 115 include wireline, piping, small bore coiled tubing, and other methods as may be known in the art.

Со ссылкой теперь на фиг. 44-50 показаны аспекты электрических схем преобразования энергии. Как показано в фиг. 44, один примерный вариант исполнения первой подсистемы 152 включает первое переключающее устройство 161 и второе переключающее устройство 162, а также дроссель фильтра 163. Внешний источник 151 энергии может соединяться с первой подсистемой 152 и с HTRES 402 (например, высокотемпературным суперконденсатором). Действие первого переключающего устройства 161 и второго переключающего устройства 162 может регулироваться для достижения характеристик ограничения тока и кондиционирования батареи, описанных выше. Более конкретно относительное функционирование во включенном состоянии первого переключающего устройства 161 и второго переключающего устройства 162 во взаимодополняющем режиме (продолжительность включения) может быть использовано для корректирования коэффициента преобразования и протекания тока. Примерная первая подсистема 152, показанная в фиг. 44, может быть применимой, когда напряжение внешнего источника 151 энергии является большим по значению по сравнению с напряжением на HTRES 402. Ограничение или регулирование тока может быть достигнуто с помощью системы управления с обратной связью (не показана).Referring now to FIG. 44-50 show aspects of power conversion electrical circuits. As shown in FIG. 44, one exemplary embodiment of first subsystem 152 includes a first switch 161 and a second switch 162, as well as a filter choke 163. An external power source 151 may be coupled to the first subsystem 152 and to an HTRES 402 (eg, a high temperature supercapacitor). The operation of the first switching device 161 and the second switching device 162 can be adjusted to achieve the current limiting and battery conditioning characteristics described above. More specifically, the relative on-state operation of the first switching device 161 and the second switching device 162 in a complementary mode (on-time) can be used to correct the conversion ratio and current flow. An exemplary first subsystem 152, shown in FIG. 44 may be applicable when the voltage of the external power source 151 is large compared to the voltage across the HTRES 402. Current limiting or regulation may be achieved using a feedback control system (not shown).

Один примерный вариант исполнения второй подсистемы 153 включает преобразователи энергии, либо DC-DC, либо DC-AC, в зависимости от требований к оборудованию. Назначение второй подсистемы 153 может состоять в регулировании напряжения или тока, подаваемого на нагрузку (например, каротажный зонд 100 и/или скважинное электронное устройство 113). Благодаря емкостной природе HTRES 402, когда оно встроено с суперконденсатором, напряжение HTRES 402 может снижаться приблизительно линейно по мере выведения заряда из HTRES 402. Назначение второй подсистемы 153 тогда может состоять в регулировании напряжения или тока, подводимого к каротажному зонду 100, несмотря на варьирующее напряжение, поставляемое от HTRES 402. Ограничение или регулирование напряжения может быть достигнуто с помощью системы управления с обратной связью (не показана).One exemplary embodiment of the second subsystem 153 includes power converters, either DC-DC or DC-AC, depending on the equipment requirements. The purpose of the second subsystem 153 may be to regulate the voltage or current applied to a load (eg, logging tool 100 and / or downhole electronics 113). Due to the capacitive nature of the HTRES 402, when incorporated with a supercapacitor, the voltage of the HTRES 402 can decrease approximately linearly as the charge is removed from the HTRES 402. The purpose of the second subsystem 153 can then be to regulate the voltage or current supplied to the logging tool 100 despite the varying voltage supplied from HTRES 402. Voltage limiting or regulation can be achieved using a closed loop control system (not shown).

Как показано в фиг. 45, один примерный вариант исполнения второй подсистемы 153 может включать соответствующие варианты исполнения первого переключающего устройства 161, второго переключающего устройства 162, а также дроссель фильтра 163. Нагрузка может быть связана со второй подсистемой 153 и с HTRES 402. Действием соответствующих вариантов исполнения первого переключающего устройства 161 второго переключающего устройства 162 можно управлять для достижения желательных характеристик регулирования тока или напряжения, описанных выше. Более конкретно продолжительность включения относительного функционирования во включенном состоянии соответствующих вариантов исполнения первого переключающего устройства 161 и второго переключающего устройства 162 может быть использована для корректирования коэффициента преобразования и протекания тока или имеющегося напряжения. Примерная вторая подсистема 153, показанная в фиг. 45, может быть применимой, когда требуемое напряжение является большим по значению по сравнению с напряжением на HTRES 402. Ограничение или регулирование напряжения может быть достигнуто с помощью системы управления с обратной связью (не показана).As shown in FIG. 45, one exemplary embodiment of the second subsystem 153 may include corresponding embodiments of the first switching device 161, the second switching device 162, and a filter choke 163. The load may be coupled to the second subsystem 153 and to the HTRES 402. By operating the respective embodiments of the first switching device 161 of the second switching device 162 may be controlled to achieve the desired current or voltage control characteristics described above. More specifically, the on-time of the relative on-state operation of the respective embodiments of the first switching device 161 and the second switching device 162 can be used to correct the conversion ratio and the flow of current or available voltage. An exemplary second subsystem 153, shown in FIG. 45 may be applicable when the required voltage is large in value compared to the voltage across the HTRES 402. Voltage limiting or regulation can be achieved using a feedback control system (not shown).

Как показано в фиг. 46, первая подсистема 152 и вторая подсистема 153 могут быть связаны между собой и с HTRES 402, а также составлять вариант исполнения источника 115 питания. В этом варианте исполнения примерный источник 115 питания может быть в особенности полезным, когда напряжение на клеммах внешнего источника 151 энергии является либо более высоким по значению, либо меньшим по значению по сравнению с напряжением на выводах нагрузки, пока напряжение на выводах HTRES 402 является меньшим по значению, чем эти оба.As shown in FIG. 46, the first subsystem 152 and the second subsystem 153 may be associated with each other and with the HTRES 402, and also constitute an embodiment of the power supply 115. In this embodiment, the exemplary power supply 115 may be particularly useful when the voltage at the terminals of the external power source 151 is either higher or lower than the voltage at the load terminals while the voltage at the terminals of the HTRES 402 is lower. meaning than both of these.

Преобразователи энергии, как правило, могут иметь любую топологию. Неограничивающие примеры включают преобразователи, обычно называемые buck, boost, buck-boost, Cύk, коммутируемый конденсатор и изолированные варианты неизолированных преобразователей (например, flyback, forward), а также каскадные схемы любых таких преобразователей (например, buck+boost).Energy converters can usually be of any topology. Non-limiting examples include converters commonly referred to as buck, boost, buck-boost, Cύk, switched capacitor, and isolated variants of non-isolated converters (eg flyback, forward), as well as cascading circuits of any such converters (eg buck + boost).

Один примерный преобразователь 181 показан в фиг. 47. В этом примере преобразователь 181 представляет собой двунаправленный buck-конвертер. Этот вариант исполнения, помимо всего прочего, пригоден для применения в качестве преобразователя энергии, когда требуется меньшее выходное напряжение, чем входное напряжение.One exemplary transducer 181 is shown in FIG. 47. In this example, converter 181 is a bidirectional buck converter. This embodiment is, among other things, suitable for use as a power converter where a lower output voltage is required than the input voltage.

Еще один примерный конвертер 181 показан в фиг. 48. В этом примере конвертер 181 представляетAnother exemplary converter 181 is shown in FIG. 48. In this example, converter 181 represents

- 33 038017 собой двунаправленный boost-конвертер. Один дополнительный примерный преобразователь 181 показан в фиг. 49. В этом примере конвертер 181 представляет собой объединенный двунаправленный buckboost-конвертер.- 33 038017 is a bi-directional boost converter. One additional exemplary transducer 181 is shown in FIG. 49. In this example, converter 181 is a combined bidirectional buckboost converter.

Один примерный вариант исполнения управляющего устройства 182 с обратной связью приведен в фиг. 50. Показанные в нем компоненты могут быть встроены в аналоговые или цифровые домены или в комбинацию, как определяется приемлемым для конструктора, изготовителя или пользователя. Управляющее устройство 182 с обратной связью может включать элементы для мониторинга и регулирования разнообразных характеристик. Например, управляющее устройство 182 с обратной связью может включать компоненты для частотной коррекции, широтно-импульсной модуляции, времени запаздывания для срабатывания защиты, ограничения коэффициента заполнения, обеспечения плавного пуска (то есть линейного повышения напряжения) и тому подобные.One exemplary embodiment of a feedback control device 182 is shown in FIG. 50. Components shown therein may be embedded in analog or digital domains, or in a combination as determined acceptable to the designer, manufacturer, or user. Feedback controller 182 may include elements for monitoring and adjusting a variety of characteristics. For example, the feedback controller 182 may include components for frequency equalization, pulse width modulation, delay times for protection tripping, duty cycle limiting, soft starting (i.e., voltage ramping), and the like.

Высокотемпературные электронные устройства применяются для обеспечения преобразования сигнала, телеметрии и силовой электроники и, как правило, приспособлены для работы при температурах вплоть до столь высоких, как около 200°C и в некоторых вариантах исполнения вплоть до 300°C. Неограничивающие варианты исполнения высокотемпературных электронных устройств включают активные устройства на основе дискретных и интегрированных стандартных микросхем с бескорпусными кремниевыми кристаллами и структур типа кремний на диэлектрике, а также активные силовые модули на основе карбида кремния. Могут быть использованы некоторые имеющиеся в продаже на рынке рассчитанные на высокие температуры и низкотемпературные керамические пассивные компоненты (COG или NPO диэлектрики) и высокотемпературные магнитные пассивные компоненты. В примерных вариантах исполнения материал подложки для электрической схемы будет представлять собой полиимид, высокотемпературную эпоксидную смолу или керамические материалы на основе AlN (нитрида алюминия), которые выбирают за превосходную термическую стабильность и теплопроводность. В некоторых из этих вариантов исполнения межсоединения в схеме будут представлять собой межсоединения из устойчивого к окислению Au. В стратегиях монтажа будут использоваться методы перевернутого кристалла или соединения из золотой (Au) проволоки для активных компонентов на основе бескорпусных кристаллов с использованием высокотемпературного AuGe-припоя и/или подобные типы связывания. Однако для некоторых вариантов осуществления предполагается, что соединение Au-проволокой было бы преимущественным перед монтажом с перевернутым кристаллом вследствие дополнительного механического соответствия при наличии теплового расширения и ударных нагрузок и вибрации. Неисчерпывающий список поставщиков всех таких вышеуказанных компонентов приведен ниже в таблице.High temperature electronics are used for signal conversion, telemetry and power electronics and are generally adapted to operate at temperatures as high as around 200 ° C and in some versions up to 300 ° C. Non-limiting options for high-temperature electronic devices include active devices based on discrete and integrated standard microcircuits with bare silicon crystals and silicon-on-dielectric structures, as well as active power modules based on silicon carbide. Some commercially available high temperature and low temperature ceramic passive components (COG or NPO dielectrics) and high temperature magnetic passive components can be used. In exemplary embodiments, the circuit support material will be polyimide, high temperature epoxy, or AlN (aluminum nitride) ceramics selected for superior thermal stability and thermal conductivity. In some of these embodiments, the interconnects in the circuit will be oxidation resistant Au interconnects. The mounting strategies will use flip-chip or gold (Au) wire bonding techniques for bare-chip active components using high temperature AuGe solder and / or similar bonding types. However, for some embodiments, it is contemplated that Au-wire bonding would be advantageous over flip-chip mounting due to additional mechanical compliance in the presence of thermal expansion and shock and vibration. A non-exhaustive list of suppliers of all such above-mentioned components is given in the table below.

Таблица 5Table 5

Поставщики высокотемпературных схемных элементовHigh Temperature Circuitry Suppliers

Компонент Component Поставщик The supplier Транзисторы с бескорпусными SiCкристаллами Transistors with unpackaged SiC crystals Micross Components, Los Angeles, CA Micross Components, Los Angeles, CA Диоды Шоттки с бескорпусными SiCкристаллами Schottky diodes with unpackaged SiC crystals Micross Components, CA Micross Components, CA Линейные и цифровые схемы с бескорпусными Si- и SOI- («кремний-на-изоляторе»)кристаллами Linear and digital circuits with open frame Si- and SOI- ("Silicon-on-insulator") crystals Minco Technology Labs LLC, Austin, TX Minco Technology Labs LLC, Austin, TX Керамические конденсаторы для поверхностного монтажа на основе COG, NPO-диэлектриков COG Ceramic SMD Capacitors, NPO Dielectrics Digikey, Minneapolis, MN Digikey, Minneapolis, MN Керамические резисторы для поверхностного монтажа Ceramic resistors for surface mount Digikey, Minneapolis, MN Digikey, Minneapolis, MN Магнетики с бескорпусными кристаллами Magnets with frameless crystals Minco Technology Labs LLC, Austin, TX Minco Technology Labs LLC, Austin, TX Керамическая печатная плата Ceramic PCB Complete Hermetics, Santa Ana, CA Complete Hermetics, Santa Ana, CA Контактные выводы, кристаллодержатели, корпуса Contact pins, crystal holders, cases HCC Arnetek Ind., New Bedford, MA HCC Arnetek Ind., New Bedford, MA Au-Ge-припой Au-Ge-solder Hi-Rel Alloys, Ontario CA Hi-Rel Alloys, Ontario CA

В одном варианте исполнения зарядного устройства по меньшей мере для одного суперконденсатора 10 электронные устройства включают двухрежимный buck(понижающий)-конвертер с обратной связью, который ограничивает свой собственный ток в случае низкого напряжения по меньшей мере на одном суперконденсаторе 10, и в остальном регулирует его напряжение. В некоторых вариантах исполнения управляемый DC/DC-конвертер имеет надлежащую топологию для применения в регулируемом boost(повышающем)-конвертере с обратной связью в широком диапазоне входного напряжения для создания шины стабильного напряжения.In one embodiment of the charger for at least one supercapacitor 10, the electronic devices include a dual-mode buck (step-down) converter with feedback, which limits its own current in the event of a low voltage on at least one supercapacitor 10, and otherwise regulates its voltage ... In some versions, the DC / DC controlled converter has the proper topology for use in a variable input boost converter with feedback over a wide input voltage range to create a stable voltage bus.

- 34 038017- 34 038017

Квалифицированному специалисту в этой области технологии будет понятно, что источник 115 питания может быть использован в сочетании с технологиями и оборудованием в поддержании удельного сопротивления, емкостных характеристик, ядерных измерений, включающих импульсные нейтронные и гамма-измерения, пассивных измерений гамма-излучения, а также других, получения картин магнитного резонанса, акустических и/или сейсмических измерений, измерений потока, разнообразных протоколов отбора образцов, связи, обработки и хранения данных, работы забойной системы контроля параметров бурения и множества других требований для скважинного потребления энергии. Источник 115 питания также может снабжать энергией большое число дополнительных компонентов. Неограничивающие примеры включают акселерометры, магнитометры, датчики, преобразователи, цифровые и/или аналоговые устройства (в том числе такие, как перечисленные ниже) и тому подобные.One skilled in the art will appreciate that the power supply 115 can be used in combination with technology and equipment to maintain resistivity, capacitance, nuclear measurements including pulsed neutron and gamma measurements, passive gamma measurements, and others. , acquisition of magnetic resonance pictures, acoustic and / or seismic measurements, flow measurements, various sampling protocols, communication, processing and storage of data, operation of a downhole drilling parameter monitoring system and many other requirements for downhole energy consumption. The power supply 115 can also supply power to a large number of optional components. Non-limiting examples include accelerometers, magnetometers, sensors, transducers, digital and / or analog devices (including those listed below), and the like.

Помимо всего прочего, эксплуатационно-каротажный зонд 100 позволяет применять более дешевые, более прочные, более тонкие и более широкополосные кабели и линии связи. Благодаря, по меньшей мере, частично, свойствам энергоаккумулирующего устройства 42, применение традиционного медного кабеля 8 может быть заменено стальным кабелем, оптоволоконной линией и кабелями и линиями других типов. В некоторых вариантах исполнения эксплуатационно-каротажный зонд 100 действует независимо, например, когда оборудован автономным генератором 41. Примерные стали включают стали марок 304, 304L, 316 и 316L, а также углеродистую сталь. Как правило, тип стали будут выбирать по ее устойчивости к коррозии, механической прочности и электрической проводимости. Нержавеющая сталь марки 316 представляет собой наиболее подходящий вариант для некоторых долговечных скважинных компонентов, в том числе брони кабеля.Among other things, the production logging tool 100 allows for the use of cheaper, stronger, thinner and more broadband cables and communication lines. Due, at least in part, to the properties of the energy storage device 42, the use of the traditional copper cable 8 can be replaced by steel cable, fiber optic lines, and other types of cables and lines. In some embodiments, the production logging tool 100 operates independently, such as when equipped with a stand-alone generator 41. Exemplary steels include grades 304, 304L, 316, and 316L, as well as carbon steel. Typically, the type of steel will be selected for its corrosion resistance, mechanical strength and electrical conductivity. 316 stainless steel is the most suitable option for some durable downhole components, including cable armor.

При включении HTRES в каротажный зонд становятся практичными новые типы кабелей и передающих сред. Например, HTRES может медленно заряжаться в режиме компенсационного подзаряда на протяжении относительно длительного периода времени, например в течение нескольких часов, и затем подавать энергию на остальной каротажный зонд для нормальной работы в относительно коротких всплесках, например в течение нескольких минут. В этом режиме работы сопротивление кабеля для передачи мощности может быть значительно более высоким, чем в прототипе. Например, кабель может использоваться со стальным внутренним проводником вместо прототипного кабеля с медным внутренним проводником. При поддержании фиксированного диаметра и выборе внутреннего проводника из углеродистой стали стоимость материала внутреннего проводника будет составлять приблизительно 13% от стоимости медного внутреннего проводника. Предел прочности на разрыв внутреннего проводника из углеродистой стали будет составлять приблизительно 7000% величины для внутреннего проводника из меди. Однако сопротивление внутреннего проводника из углеродистой стали будет составлять приблизительно 8500% сопротивления медного внутреннего проводника.By incorporating HTRES into a logging tool, new types of cables and transmission media become practical. For example, the HTRES can be slowly charged in trickle charge mode over a relatively long period of time, such as several hours, and then energize the rest of the logging tool to operate normally in relatively short bursts, such as several minutes. In this mode of operation, the resistance of the power transmission cable can be significantly higher than in the prototype. For example, the cable can be used with a steel inner conductor instead of the prototype cable with a copper inner conductor. By keeping the diameter fixed and choosing the carbon steel inner conductor, the material cost of the inner conductor would be approximately 13% of the cost of the copper inner conductor. The tensile strength of the carbon steel inner conductor will be approximately 7000% of that of the copper inner conductor. However, the resistance of the carbon steel inner conductor will be approximately 8500% of the resistance of the copper inner conductor.

Для внутреннего проводника с сечением 22 AWG (Американский сортамент проводов) медный проводник проявлял бы сопротивление приблизительно 16,14 Ом на 1000 футов (304,8 м), тогда как внутренний проводник из углеродистой стали проявлял бы сопротивление приблизительно 137 Ом на 1000 футов (304,8 м). Типичная буровая скважина может потребовать применение кабеля длиной приблизительно 10000 футов (3048 м), давая соответственные величины сопротивления кабеля 161 и 1370 Ом соответственно. Для источника питания с напряжением 48 В на поверхности максимальные мощности, доступные на концах кабелей, составляют 3,57 Вт и 420 мВт соответственно. В то время как 3,57 Вт может быть достаточным для работы типичных каротажных приборов, 420 мВт были бы недопустимо ограниченными. С другой стороны, имея связанное с каротажным зондом HTRES, система может проводить компенсационный подзаряд с доступными 420 мВт, пока не будет накоплена достаточная энергия, и затем питать нагрузки в типичном каротажном зонде. Этот анализ предполагает, что кабель включает наружную проводящую броню, которая служит в качестве второго проводника, и что броня представляет незначительное сопротивление по сравнению с сопротивлением внутреннего проводника.For an inner 22 AWG (American Wire Gauge) conductor, the copper conductor would exhibit a resistance of approximately 16.14 ohms per 1000 ft (304.8 m), while the inner carbon steel conductor would exhibit a resistance of approximately 137 ohms per 1000 ft (304.8 m). , 8 m). A typical borehole may require approximately 10,000 feet (3048 m) of cable, giving the corresponding cable resistance values of 161 and 1370 ohms, respectively. For a 48V surfaced power supply, the maximum powers available at the cable ends are 3.57W and 420mW, respectively. While 3.57 watts may be sufficient to operate typical logging tools, 420 mW would be unacceptably limited. On the other hand, with an HTRES coupled to the logging tool, the system can trickle charge with 420 mW available until sufficient energy has been accumulated, and then power the loads in a typical logging tool. This analysis assumes that the cable includes an outer conductive armor that serves as a second conductor, and that the armor presents little resistance compared to that of the inner conductor.

Вышеуказанный пример конструкции может быть подвергнут перестановке любым числом вариантов. Например, кабель может быть спроектирован имеющим меньший наружный диаметр, чем кабели согласно прототипу, опять же благодаря тому обстоятельству, что метод компенсационного подзаряда допускает более высокое сопротивление в кабеле. Например, кабель может быть спроектирован с внутренним проводником из проволоки размера 22 AWG, где внутренний проводник из проволоки с сечением 10 AWG требовался для прототипной конструкции. В этом примере полученный диаметр кабеля составляет приблизительно 25% прототипного кабеля. Преимущество меньшего диаметра кабеля проявляется в снижении помех для течения флюидов.The above design example can be permuted with any number of options. For example, a cable can be designed to have a smaller outer diameter than prior art cables, again due to the fact that the trickle charge method allows a higher resistance in the cable. For example, a cable could be designed with a 22 AWG inner conductor, where a 10 AWG inner conductor was required for the prototype design. In this example, the resulting cable diameter is approximately 25% of the prototype cable. The advantage of a smaller cable diameter is that it reduces interference with fluid flow.

В кабеле также могут быть использованы более тонкие медные внутренние проводники. Может быть применено меньшее число проводников, например, в которых один проводник скорее передает всю необходимую мощность для нагрузок, нежели передает энергию через многочисленные проводники.Thinner copper inner conductors can also be used in the cable. Fewer conductors can be used, for example in which one conductor transfers all the required power to the loads rather than transmits energy through multiple conductors.

В одном варианте исполнения преимущество меньшего упрощенного кабеля может быть расширено полифункциональностью одного или немногих (по сравнению с прототипными конструкциями) проводников. Например, в то время как в конструкциях согласно прототипу многочисленные проводники использовались для подведения энергии для многочисленных форм работы каротажного прибора, одиночный проводник может быть применен для передачи всей требуемой мощности. В еще одном примереIn one embodiment, the advantage of a smaller, simplified cable can be extended by the multifunctionality of one or a few (relative to prototype designs) conductors. For example, while in prior art designs multiple conductors have been used to supply energy for multiple forms of logging operation, a single conductor can be used to transmit all of the required power. In another example

- 35 038017 одиночный проводник может быть использован для подведения всей нужной мощности для многочисленных каротажных приборов, таких как зонды, размещенные в различных местоположениях внутри ствола скважины. В такой конструкции каждый из каротажных зондов может включать управление своим соответственным электронным устройством для выполнения компенсационного подзаряда соответственного HTRES, в то же время снабжая энергией другие приборы. Например, алгоритм контроля может ограничивать отбор тока от кабеля таким образом, что результирующее напряжение на других приборах обеспечивает надлежащий ток на них. Такой алгоритм контроля может использовать изначально известные номинальные значения сопротивления кабеля, применяемого в этой ситуации, длину указанного кабеля, соответственные длины указанного кабеля между приборами, и физический порядок следования соответствующих приборов вдоль ствола скважины. В еще одном примере одиночный проводник может быть монофункциональным для передачи как мощности, так и информации. Передача информации может быть двунаправленной, то есть от поверхности к зонду и от зонда к поверхности, или может быть однонаправленной. К примеру, электрический сигнал, например синусоидный, может быть наложен на номинальное напряжение постоянного (DC) тока. Указанная наложенная синусоида может быть модулирована по амплитуде или частоте для передачи информации на прибор. Еще один способ включает временное мультиплексирование мощности и передачи информации. Например, мощность может передаваться в течение периода времени, после которого информация передается в течение отдельного периода времени. Любое число других способов может быть использовано для комбинирования передачи информации и мощности в один групповой электрический сигнал или для монофункциональности одного или нескольких кабелей для передачи информации и мощности.- 35 038017 A single conductor can be used to deliver all the required power for multiple logging tools such as probes placed at various locations within the wellbore. In such a design, each of the logs can include controlling their respective electronics to trickle charge their respective HTRES while providing power to the other tools. For example, a control algorithm can limit the current draw from the cable so that the resulting voltage across other devices provides adequate current to them. Such a control algorithm can use the initially known nominal values of the cable resistance used in this situation, the length of the specified cable, the corresponding lengths of the specified cable between the instruments, and the physical order of the corresponding instruments along the wellbore. In yet another example, a single conductor can be mono-functional to carry both power and information. Information transfer can be bidirectional, that is, from surface to probe and from probe to surface, or it can be unidirectional. For example, an electrical signal, such as a sinusoidal signal, can be superimposed on a nominal direct current (DC) voltage. This superimposed sinusoid can be modulated in amplitude or frequency to transmit information to the instrument. Another method involves time-division multiplexing of power and information transmission. For example, power can be transmitted for a period of time, after which information is transmitted for a separate period of time. Any number of other methods can be used to combine information and power transmission into a single group electrical signal, or for the mono functionality of one or more information and power cables.

Поскольку сталь, как правило, является более устойчивой к коррозии и механическим напряжениям по сравнению с медью, также становятся практичными разнообразные конфигурации кабеля. Например, кабель может представлять собой простые витые жилы изолированных и стальных проводников с инкапсулированием или без него, но без брони, когда сероводород (H2S) не присутствует в значительных концентрациях.Since steel is generally more resistant to corrosion and stress than copper, a variety of cable configurations also become practical. For example, the cable can be simple twisted strands of insulated and steel conductors, with or without encapsulation, but without armor, when hydrogen sulfide (H2S) is not present in significant concentrations.

Могут стать практически целесообразными другие методы передачи мощности и информации. Например, оптоволоконный кабель может обеспечивать минимальное количество энергии и высокую скорость передачи информации с использованием лазерного излучения. Относительно минимальное количество передаваемой мощности может быть использовано как источник питания для компенсационного подзаряда HTRES. Например, преобразователи мощности излучения в электрическую энергию включают фотодиоды и фототранзисторы. Встраивание такого преобразователя в каротажный зонд, присоединение указанного зонда к оптоволоконной линии и присоединение указанной оптоволоконной линии к источнику света на поверхности создают средство для передачи как мощности, так и информации между поверхностью и зондом. Преимущественно то, что материалы, типично применяемые для изготовления оптоволоконной линии, как правило, менее чувствительны к коррозии по сравнению с электрическими (металлическими) проводниками и тем самым требуют меньшей защиты от воздействия скважинной среды.Other methods of transmitting power and information may become practical. For example, a fiber optic cable can provide a minimum amount of energy and a high data rate using laser radiation. A relatively minimal amount of transmitted power can be used as a power supply for HTRES trickle charging. For example, power-to-electrical power converters include photodiodes and phototransistors. Embedding such a transducer in a logging probe, attaching said probe to a fiber optic line, and connecting said fiber optic line to a light source on a surface create a means for transmitting both power and information between the surface and the probe. Advantageously, the materials typically used to make the optical fiber tend to be less sensitive to corrosion than electrical (metallic) conductors and thus require less protection from the downhole environment.

Применение более прочных материалов кабеля, несмотря на более высокое удельное электрическое сопротивление, также может обеспечить возможность двойного использования кабеля для передачи электроэнергии и для механических целей. Например, броня, или инкапсулирование, или иным образом добавленная механическая поддержка кабеля для защиты или добавления прочности на растяжение в разнообразных методах транспортирования может не потребоваться, когда вместо медного внутреннего проводника применяют стальной внутренний проводник. В постоянном скважинном каротажном зонде с перемещением на трубе постоянный скважинный кабель (PDC) в прототипных конструкциях может быть бронированным для предотвращения механических напряжений на медном внутреннем проводнике во время опускания в ствол скважины, даже если PDC может не обеспечивать существенной поддержки при растяжении. В данной же конструкции стальной внутренний проводник создает до 150% большую прочность на сдвиг по сравнению с медными прототипными конструкциями, устраняя или сокращая необходимость в дополнительной защите. В еще одном примере кабель с внутренним проводником, сделанным из стального материала, может быть использован в каротажных работах в условиях эксплуатации, в которых прибор перемещается вертикально в стволе скважины. В этом примере кабель обеспечивает значительную поддержку против растяжения. Такая система может быть применена как для вертикального зондирования, так и для операций постоянного каротажа, например, она может перемещаться вертикально путем наматывания кабеля на барабан на поверхности, и затем он может быть оставлен в стволе скважины в фиксированном положении в течение длительного периода времени, например на несколько недель или месяцев. В некоторых вариантах исполнения в кабеле могут быть использованы стальные внутренние проводники или стальные проводники в параллельной, скрученной или иным образом спаренных конфигурациях. Другие материалы для указанного проводника также могут быть применены, как покажется целесообразным конструктору, для достижения компромисса между механической прочностью, коррозионной стойкостью, температурной стабильностью, электрическим сопротивлением, механической плотностью или иного. Примеры других потенциально применимых материалов включают титан, алюминий, никель, серебро, золото и сплавы.The use of stronger cable materials, despite the higher electrical resistivity, can also provide the possibility of dual use of the cable for power transmission and mechanical purposes. For example, armor, or encapsulation, or otherwise added mechanical cable support to protect or add tensile strength in a variety of transport methods may not be required when a steel inner conductor is used instead of the copper inner conductor. In the PSTN, the PDC in prototype designs may be armored to prevent stress on the copper inner conductor during sinking into the wellbore, even though the PDC may not provide significant tensile support. In this design, the steel inner conductor provides up to 150% greater shear strength than copper prototype designs, eliminating or reducing the need for additional protection. In yet another example, a cable with an inner conductor made of steel material may be used in a well logging operation in which the tool is moved vertically in the wellbore. In this example, the cable provides significant tensile support. Such a system can be applied to both vertical sounding and continuous logging operations, for example, it can be moved vertically by winding the cable on a drum on the surface, and then it can be left in the wellbore in a fixed position for an extended period of time, for example for several weeks or months. In some embodiments, the cable may use steel inner conductors or steel conductors in parallel, twisted, or otherwise paired configurations. Other materials for the specified conductor can also be used, as it seems appropriate to the designer, to achieve a compromise between mechanical strength, corrosion resistance, temperature stability, electrical resistance, mechanical density, or otherwise. Examples of other potentially useful materials include titanium, aluminum, nickel, silver, gold, and alloys.

- 36 038017- 36 038017

В энергоаккумулирующем устройстве 42 могут быть использованы другие варианты исполнения суперконденсатора. Кроме того, варианты исполнения батарей могут быть применены с суперконденсатором или вместо него.In the energy storage device 42, other versions of the supercapacitor can be used. In addition, the battery options can be used with or instead of a supercapacitor.

Имея в виду описанные аспекты эксплуатационно-каротажного зонда 100 и некоторых его способностей, теперь должно быть очевидно, что нефтепромышленники могут использовать данные, собранные при эксплуатационном каротаже, разнообразными путями. Например, может быть реализовано динамическое картирование эксплуатируемых месторождений, где соотносят уровни добычи среди различных скважин. Разнообразные отслеживаемые и оцениваемые параметры могут быть использованы для прогнозирования значимой информации, такой как местоположения будущих скважин, истощение скважин, оценка текущего статуса и тому подобные. Такие действия могут быть весьма значительно подкреплены применением программного обеспечения, исполняемого на компьютере (то есть исполняемых машиной команд, сохраняемых на машиночитаемом носителе).Bearing in mind the described aspects of the production logging tool 100 and some of its capabilities, it should now be apparent that oilmen can use the data collected from production logging in a variety of ways. For example, dynamic mapping of producing fields can be implemented, where production levels are correlated among different wells. A variety of monitored and estimated parameters can be used to predict meaningful information such as future well locations, well depletion, current status estimates, and the like. Such actions can be greatly enhanced by the use of software executable on a computer (ie, machine-executable instructions stored on a computer-readable medium).

Принимая во внимание описанные здесь определенные аспекты изобретения, теперь будут обсуждены дополнительные преимущества и признаки. При использовании представленного здесь эксплуатационно-каротажного зонда пользователи приобретают возможность охарактеризовывать и отслеживать условия в стволе скважины на постоянной основе. Измерения могут выполняться в режиме реального времени, почти в режиме реального времени, или периодически, как определяется целесообразным, и как иным образом описано здесь.In view of the specific aspects of the invention described herein, additional advantages and features will now be discussed. By using the production logging tool presented here, users are able to characterize and monitor wellbore conditions on an ongoing basis. Measurements can be performed in real time, near real time, or periodically, as determined appropriate and as otherwise described herein.

В поддержку приведенным здесь указаниям могут быть применены разнообразные аналитические устройства, в том числе цифровая система и/или аналоговая система. Система(-ы) может(-гут) иметь такие компоненты, как процессор, носители информации, память, вход, выход, разнообразные линии связи (проводные, беспроводные, передаваемые по текучей среде импульсы, оптические или другие), пользовательский интерфейс, программное обеспечение и встроенные программы, блоки обработки сигналов (цифровые или аналоговые) и прочие такие компоненты (такие как резисторы, конденсаторы, индукторы, насосы, датчики, хранилища текучей среды, устройства для отбора образцов и другие такие компоненты), для обеспечения работы и анализа раскрытых здесь устройств и способов в любых из многочисленных подходов, общепринятых в технологии. Предполагается, что эти указания могут быть, но не обязательно должны быть, реализованы в сочетании с набором исполняемых машиной команд, сохраняемых на машиночитаемом носителе, в том числе в памяти (ROM, RAM), на оптических дисках (CD-ROM), или магнитных носителях (дисках, жестких дисках), или на носителях любого другого типа, которые при исполнении побуждают компьютер исполнять способ согласно настоящему изобретению. Эти команды могут быть ориентированы на работу оборудования, управление, сбор и анализ данных и прочие функции, которые представляется относящимися к системе для конструктора, владельца, пользователя или другого такого персонала, в дополнение к функциям, описанным в этом изобретении.A variety of analytical devices can be used to support the guidance provided herein, including a digital system and / or an analog system. The system (s) may (s) have components such as a processor, storage media, memory, input, output, various communication lines (wired, wireless, pulsed, optical or others), user interface, software and firmware, signal processing units (digital or analog) and other such components (such as resistors, capacitors, inductors, pumps, sensors, fluid storage, sampling devices, and other such components) to enable the operation and analysis of those disclosed herein devices and methods in any of the many approaches generally accepted in technology. These guidelines are intended to be, but need not be, implemented in conjunction with a set of machine-executable instructions stored on a machine-readable medium, including memory (ROM, RAM), optical disks (CD-ROM), or magnetic media (disks, hard disks), or any other type of media that, when executed, causes a computer to execute the method of the present invention. These commands may be equipment oriented, control, data collection and analysis, and other functions that appear to be system related to the designer, owner, user, or other such personnel, in addition to the functions described in this invention.

Квалифицированному специалисту в этой области технологии будет понятно, что разнообразные компоненты или технологии могут предусматривать определенные необходимости, или выгодную функциональность, или признаки. Соответственно этому эти функции и признаки, которые могут потребоваться в поддержку пунктов прилагаемой патентной формулы и ее вариаций, рассматриваются как, по существу, включенные как часть приведенных здесь указаний и часть раскрытого изобретения.One skilled in the art will understand that a variety of components or technologies may provide for specific needs or beneficial functionality or features. Accordingly, these functions and features that may be required in support of the appended claims and variations thereof are considered to be, as such, incorporated as part of the teachings herein and as part of the disclosed invention.

В то время как изобретение было описано со ссылкой на примерные варианты осуществления, квалифицированным специалистам в этой области технологии будет понятно, что разнообразные изменения могут быть сделаны, и эквиваленты могут замещать его элементы без выхода за пределы области изобретения. В дополнение, многие модификации будут понятны квалифицированным специалистам в этой области технологии для приспособления конкретного прибора, ситуации или материала к указаниям изобретения без выхода за пределы его существенной области. Поэтому предполагается, что изобретение не ограничивается конкретным раскрытым вариантом осуществления как лучшим вариантом исполнения для реализации этого изобретения, но что изобретение будет включать все варианты осуществления, попадающие в пределы области пунктов прилагаемой патентной формулы.While the invention has been described with reference to exemplary embodiments, those skilled in the art will appreciate that a variety of changes may be made and equivalents may replace elements without departing from the scope of the invention. In addition, many modifications will be understood by those skilled in the art to adapt a particular apparatus, situation, or material to the teachings of the invention without departing from its essential scope. Therefore, it is assumed that the invention is not limited to the specific disclosed embodiment as the best embodiment for carrying out this invention, but that the invention will include all embodiments falling within the scope of the appended claims.

Claims (32)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Каротажная система, выполненная с возможностью постоянной установки у местоположения на забое скважины, содержащая каротажный зонд, включающий перезаряжаемое энергоаккумулирующее устройство и электронное устройство; при этом электронное устройство содержит средство передачи электромагнитной телеметрии, выполненное с возможностью передачи информации к местоположению у поверхности, перезаряжаемое энергоаккумулирующее устройство содержит по меньшей мере один перезаряжаемый суперконденсатор, присоединенный к источнику энергии, постоянно установленному у местоположения на забое скважины, при этом перезаряжаемый суперконденсатор содержит множество электродов, погруженных в электролит, причем каждый электрод содержит токовый коллектор, на котором расположены углеродные нанотрубки,1. A logging system made with the possibility of permanent installation at a location downhole, containing a logging probe, including a rechargeable energy storage device and an electronic device; wherein the electronic device contains a means for transmitting electromagnetic telemetry, configured to transmit information to a location near the surface, the rechargeable energy storage device contains at least one rechargeable supercapacitor connected to an energy source permanently installed at the location at the bottom of the well, while the rechargeable supercapacitor contains a plurality electrodes immersed in an electrolyte, each electrode containing a current collector on which carbon nanotubes are located, - 37 038017 перезаряжаемое энергоаккумулирующее устройство выполнено с возможностью повторной зарядки с использованием энергии из источника энергии в периоды времени первой продолжительности на первом энергетическом уровне и повторного предоставления энергии электронному устройству в периоды времени второй продолжительности на втором энергетическом уровне, причем первая продолжительность длиннее, чем вторая продолжительность, а первый энергетический уровень ниже, чем второй энергетический уровень, и перезаряжаемый суперконденсатор выполнен с возможностью обеспечения тока утечки менее 1 А/л и максимально допустимого рабочего напряжения по меньшей мере 0,5 В, причем перезаряжаемый суперконденсатор имеет рабочий температурный диапазон от 80 до 210°C.- 37 038017 rechargeable energy storage device is configured to recharge using energy from an energy source during periods of a first duration at a first energy level and re-supplying energy to an electronic device during periods of a second duration at a second energy level, the first duration being longer than the second duration , and the first energy level is lower than the second energy level, and the rechargeable supercapacitor is configured to provide a leakage current of less than 1 A / L and a maximum allowable operating voltage of at least 0.5 V, and the rechargeable supercapacitor has an operating temperature range of 80 to 210 ° C. 2. Каротажная система по п.1, в которой перезаряжаемое энергоаккумулирующее устройство дополнительно содержит по меньшей мере одно из батареи, электролитического конденсатора, танталового конденсатора, керамического конденсатора, металлопленочного конденсатора и гибридного конденсатора.2. The logging system of claim 1, wherein the rechargeable energy storage device further comprises at least one of a battery, an electrolytic capacitor, a tantalum capacitor, a ceramic capacitor, a metal film capacitor, and a hybrid capacitor. 3. Каротажная система по п.1, в которой перезаряжаемое энергоаккумулирующее устройство дополнительно содержит по меньшей мере одно из устройства для хранения магнитной энергии, устройств для хранения механической энергии, пружинные системы, пружинно-массовые системы, массовые системы, термоемкостные системы, гидравлические системы или пневматические системы.3. The logging system of claim 1, wherein the rechargeable energy storage device further comprises at least one of magnetic energy storage devices, mechanical energy storage devices, spring systems, spring mass systems, bulk systems, thermal capacitive systems, hydraulic systems, or pneumatic systems. 4. Каротажная система по п.1, в которой электронные устройства выполнены с возможностью работы в течение выбранных периодов времени.4. The logging system of claim 1, wherein the electronic devices are configured to operate for selected periods of time. 5. Каротажная система по п.1, в которой электронные устройства выполнены с возможностью передачи данных по кабелю.5. The logging system of claim 1, wherein the electronic devices are configured to transmit data over a cable. 6. Каротажная система по п.1, в которой перезаряжаемое энергоаккумулирующее устройство выполнено с возможностью подзарядки в режиме компенсационного подзаряда в течение первой продолжительности времени.6. The logging system of claim 1, wherein the rechargeable energy storage device is configured to be rechargeable in trickle charge mode for a first time duration. 7. Каротажная система по п.1, в которой каротажный зонд предназначен для работы в стволе скважины, при этом кабель выполнен с возможностью компенсационного подзаряда перезаряжаемого энергоаккумулирующего устройства от удаленного источника питания, размещенного снаружи ствола скважины.7. The logging system of claim 1, wherein the logging probe is designed to operate in a wellbore, wherein the cable is configured to compensate for the rechargeable energy storage device from a remote power source located outside the wellbore. 8. Каротажная система по п.5 или 7, в которой кабель, по меньшей мере, частично механически поддерживает каротажный зонд.8. A logging system according to claim 5 or 7, wherein the cable at least partially mechanically supports the logging tool. 9. Каротажная система по п.5 или 7, в которой кабель включает по меньшей мере один стальной проводник.9. A logging system according to claim 5 or 7, wherein the cable includes at least one steel conductor. 10. Каротажная система по п.5 или 7, в которой кабель включает витую пару проводников.10. The logging system of claim 5 or 7, wherein the cable comprises a twisted pair of conductors. 11. Каротажная система по п.5 или 7, в которой кабель включает коаксиальный кабель.11. The logging system of claim 5 or 7, wherein the cable includes a coaxial cable. 12. Каротажная система по п.5 или 7, в которой кабель включает по меньшей мере один проводник с сечением 22 AWG.12. The logging system of claim 5 or 7, wherein the cable includes at least one 22 AWG conductor. 13. Каротажная система по п.5 или 7, в которой кабель включает оптоволоконный кабель.13. The logging system of claim 5 or 7, wherein the cable includes a fiber optic cable. 14. Способ эксплуатации каротажной системы по любому из пп.1-13, включающий стадии, на которых проводят компенсационный подзаряд перезаряжаемого энергоаккумулирующего устройства в течение первого периода времени; и эксплуатируют электронное устройство с использованием электроэнергии от перезаряжаемого энергоаккумулирующего устройства в течение второго периода времени, который является более коротким, чем первый период времени, причем каротажная система выполнена с возможностью мониторинга технического состояния в нефтяной скважине во время производственной операции нефтяной скважины.14. A method of operating a logging system according to any one of claims 1-13, comprising stages, which carry out a compensatory recharge of a rechargeable energy storage device during the first period of time; and operating the electronic device using power from the rechargeable energy storage device for a second time period that is shorter than the first time period, the logging system being configured to monitor a technical condition in an oil well during an oil well production operation. 15. Способ эксплуатации каротажной системы по п.14, в котором компенсационный подзаряд перезаряжаемого энергоаккумулирующего устройства включает зарядку энергоаккумулирующего устройства от удаленного источника питания через кабель.15. The method of operating a logging system according to claim 14, wherein trickle charging of the rechargeable energy storage device comprises charging the energy storage device from a remote power source via a cable. 16. Способ эксплуатации каротажной системы по п.15, дополнительно включающий электронное устройство, передающее данные по кабелю.16. The method of operating a logging system according to claim 15, further comprising an electronic device transmitting data over a cable. 17. Способ эксплуатации каротажной системы по п.16, в котором данные передаются по кабелю одновременно с компенсационным подзарядом перезаряжаемого энергоаккумулирующего устройства.17. The method of operating the logging system according to claim 16, wherein the data is transmitted over the cable simultaneously with the compensation recharge of the rechargeable energy storage device. 18. Способ эксплуатации каротажной системы по п.16, в котором передача данных и компенсационный подзаряд перезаряжаемого энергоаккумулирующего устройства проводятся в режиме временного мультиплексирования.18. The method of operating a logging system according to claim 16, wherein the data transmission and trickle charging of the rechargeable energy storage device are performed in a time multiplex mode. 19. Способ эксплуатации каротажной системы по п.14, в котором компенсационный подзаряд перезаряжаемого энергоаккумулирующего устройства проводится непрерывно.19. The method of operating a logging system according to claim 14, wherein the rechargeable energy storage device is trickle charged continuously. 20. Способ эксплуатации каротажной системы по п.14, в котором компенсационный подзаряд перезаряжаемого энергоаккумулирующего устройства включает зарядку суперконденсатора.20. The method of operating a logging system according to claim 14, wherein the trickle charge of the rechargeable energy storage device comprises charging a supercapacitor. 21. Способ эксплуатации каротажной системы по п.14, в котором электронное устройство и перезаряжаемое энергоаккумулирующее устройство представляют собой компоненты каротажного зонда, раз-21. The method of operating a logging system according to claim 14, wherein the electronic device and the rechargeable energy storage device are components of a logging tool, different - 38 038017 мещенного в стволе скважины, при этом перезаряжаемое энергоаккумулирующее устройство заряжают в режиме компенсационного подзаряда от источника питания снаружи ствола скважины.- 38 038017 placed in the wellbore, while the rechargeable energy storage device is charged in the trickle charge mode from a power source outside the wellbore. 22. Способ эксплуатации каротажной системы по любому из пп.15-18, в котором кабель, по меньшей мере, частично механически поддерживает скважинное электронное устройство и перезаряжаемое энергоаккумулирующее устройство во время работы.22. A method for operating a logging system according to any one of claims 15-18, wherein the cable at least partially mechanically supports the downhole electronic device and the rechargeable energy storage device during operation. 23. Способ эксплуатации каротажной системы по любому из пп.15-18, в котором кабель включает по меньшей мере один стальной проводник.23. A method for operating a logging system according to any one of claims 15-18, wherein the cable includes at least one steel conductor. 24. Способ эксплуатации каротажной системы по любому из пп.15-18, в котором кабель включает витую пару проводников.24. A method for operating a logging system according to any one of claims 15-18, wherein the cable comprises a twisted pair of conductors. 25. Способ эксплуатации каротажной системы по любому из пп.15-18, в котором кабель включает коаксиальный кабель.25. A method for operating a logging system according to any one of claims 15-18, wherein the cable comprises a coaxial cable. 26. Способ эксплуатации каротажной системы по любому из пп.15-18, в котором кабель включает одно из сплошного проводника и многожильного проводника.26. A method for operating a logging system according to any one of claims 15-18, wherein the cable includes one of a solid conductor and a stranded conductor. 27. Способ эксплуатации каротажной системы по любому из пп.15-18, в котором кабель включает оптоволоконный кабель.27. A method for operating a logging system according to any one of claims 15-18, wherein the cable comprises a fiber optic cable. 28. Способ эксплуатации каротажной системы по любому из пп.1-13, включающий в себя этапы, на которых осуществляют постоянную установку каротажной системы у местоположения на забое скважины, причем каротажная система содержит перезаряжаемое энергоаккумулирующее устройство и электронное устройство; при этом перезаряжаемое энергоаккумулирующее устройство содержит по меньшей мере один перезаряжаемый суперконденсатор, присоединенный к источнику энергии, постоянно установленному у местоположения на забое скважины, причем перезаряжаемый суперконденсатор выполнен с возможностью обеспечения тока утечки менее 1 А/л и максимально допустимого рабочего напряжения по меньшей мере 0,5 В и работы в температурном диапазоне от 80 до 210°C, при этом перезаряжаемый суперконденсатор содержит множество электродов, погруженных в электролит, причем каждый электрод содержит токовый коллектор, на котором расположены углеродные нанотрубки; и электронное устройство содержит средство передачи электромагнитной телеметрии, выполненное с возможностью передачи информации к местоположению у поверхности, повторно заряжают перезаряжаемое энергоаккумулирующее устройство с использованием энергии из источника энергии в периоды времени первой продолжительности на первом энергетическом уровне, и повторно предоставляют энергию из перезаряжаемого энергоаккумулирующего устройства к электронному устройству в периоды времени второй продолжительности на втором энергетическом уровне, причем первая продолжительность длиннее, чем вторая продолжительность, а первый энергетический уровень ниже, чем второй энергетический уровень.28. A method of operating a logging system according to any one of claims 1-13, comprising the steps of permanently installing the logging system at a location downhole, the logging system comprising a rechargeable energy storage device and an electronic device; wherein the rechargeable energy storage device contains at least one rechargeable supercapacitor connected to an energy source permanently installed at a location at the bottom of the well, and the rechargeable supercapacitor is configured to provide a leakage current of less than 1 A / L and a maximum allowable operating voltage of at least 0, 5 V and operates in a temperature range of 80 to 210 ° C, while the rechargeable supercapacitor contains a plurality of electrodes immersed in an electrolyte, each electrode containing a current collector on which carbon nanotubes are located; and the electronic device comprises an electromagnetic telemetry transmission means configured to transmit information to a location near the surface, recharge the rechargeable energy storage device using energy from the energy source in time periods of the first duration at the first energy level, and re-provide energy from the rechargeable energy storage device to the electronic device in time periods of the second duration on the second energy level, the first duration being longer than the second duration, and the first energy level lower than the second energy level. 29. Способ по п.28, включающий в себя осуществление работы перезаряжаемого энергоаккумулирующего устройства при температуре выше 125°С.29. The method of claim 28, including operating the rechargeable energy storage device at a temperature above 125 ° C. 30. Способ по п.28, включающий в себя осуществление работы перезаряжаемого энергоаккумулирующего устройства при температуре выше 150°С.30. The method of claim 28, including operating the rechargeable energy storage device at a temperature above 150 ° C. 31. Способ по п.28, дополнительно включающий в себя этап, на котором используют источник энергии для выработки электрической энергии в ответ на поток флюида по скважине.31. The method of claim 28, further comprising the step of using a power source to generate electrical power in response to fluid flow through the wellbore. 32. Способ по п.28, в котором, по меньшей мере, участок каротажной системы прикреплен к участку обсадной колонны, при этом этап постоянной установки каротажной системы у местоположения на забое скважины включает в себя этап введения участка обсадной колонны в скважину.32. The method of claim 28, wherein at least a portion of the logging system is attached to the casing section, wherein the step of permanently positioning the logging system at a downhole location includes the step of inserting the casing section into the well.
EA201490916A 2011-11-03 2012-11-05 Production logging instrument EA038017B1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161555100P 2011-11-03 2011-11-03
US201261624080P 2012-04-13 2012-04-13
PCT/US2012/063621 WO2013067540A1 (en) 2011-11-03 2012-11-05 Production logging instrument

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201490916A1 EA201490916A1 (en) 2014-10-30
EA038017B1 true EA038017B1 (en) 2021-06-23

Family

ID=48192920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201490916A EA038017B1 (en) 2011-11-03 2012-11-05 Production logging instrument

Country Status (7)

Country Link
US (4) US9515499B2 (en)
EP (2) EP3783192A1 (en)
CN (2) CN104024573B (en)
BR (1) BR112014010635B1 (en)
CA (2) CA2854404C (en)
EA (1) EA038017B1 (en)
WO (1) WO2013067540A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2769258C1 (en) * 2021-07-20 2022-03-29 Общество с Ограниченной Ответственностью "ТНГ-Групп" Device of the borehole laboratory for the study of borehole fluid

Families Citing this family (57)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8829905B2 (en) * 2010-05-25 2014-09-09 General Electric Company Magnetic resonance imaging compatible switched mode power supply
US9558894B2 (en) 2011-07-08 2017-01-31 Fastcap Systems Corporation Advanced electrolyte systems and their use in energy storage devices
AU2012282799A1 (en) 2011-07-08 2014-02-27 Fastcap Systems Corporation High temperature energy storage device
CN104024573B (en) 2011-11-03 2018-05-15 快帽***公司 Production logging instrument
JP5938288B2 (en) * 2012-07-19 2016-06-22 株式会社日立パワーソリューションズ Wireless power feeder
EP2750182A1 (en) * 2012-12-28 2014-07-02 Services Pétroliers Schlumberger Electronic device sealing for a downhole tool
US9631484B2 (en) * 2013-02-17 2017-04-25 R&B Industrial Supply Co. Drilling system having a super-capacitor amplifier and a method for transmitting signals
EP2965439A1 (en) * 2013-03-05 2016-01-13 Evolution Engineering Inc. System and method for regulating an electromagnetic telemetry signal sent from downhole to surface
US20190218894A9 (en) 2013-03-15 2019-07-18 Fastcap Systems Corporation Power system for downhole toolstring
WO2015054432A1 (en) * 2013-10-08 2015-04-16 Fastcap Systems Corporation Dynamics monitoring system with rotational sensor
US10872737B2 (en) 2013-10-09 2020-12-22 Fastcap Systems Corporation Advanced electrolytes for high temperature energy storage device
CN105593466B (en) * 2013-11-05 2019-03-29 哈利伯顿能源服务公司 Large value capacitor charging circuit for mud-pulse telemetry device
US11270850B2 (en) 2013-12-20 2022-03-08 Fastcap Systems Corporation Ultracapacitors with high frequency response
WO2015095858A2 (en) 2013-12-20 2015-06-25 Fastcap Systems Corporation Electromagnetic telemetry device
CN104847485B (en) 2014-02-18 2019-01-22 通用电气公司 Energy integrated system and method applied to oil drilling region
US9449737B2 (en) * 2014-04-30 2016-09-20 Nexans Dynamic application cable assembly and method for making the same
US9920617B2 (en) 2014-05-20 2018-03-20 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Removeable electronic component access member for a downhole system
US9976404B2 (en) 2014-05-20 2018-05-22 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Downhole tool including a multi-chip module housing
CN113539696A (en) 2014-10-09 2021-10-22 快帽***公司 Nanostructured electrodes for energy storage devices
US9915144B2 (en) 2014-11-12 2018-03-13 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Production logging tool with multi-sensor array
US9620293B2 (en) * 2014-11-17 2017-04-11 Avx Corporation Hermetically sealed capacitor for an implantable medical device
CN104407059B (en) * 2014-12-20 2017-02-22 中煤科工集团重庆研究院有限公司 Mounting method and device with acoustic emission sensor recycling capacity
CN116092839A (en) 2015-01-27 2023-05-09 快帽***公司 Super capacitor with wide temperature range
US20160268881A1 (en) * 2015-03-13 2016-09-15 Rene Rey Devices and Methods of Producing Electrical Energy for Measure While Drilling Systems
BR112017013667A2 (en) 2015-03-26 2018-03-13 Halliburton Energy Services Inc apparatus, system and method for determining distance.
CN105019888B (en) * 2015-06-30 2018-01-16 山东科技大学 A kind of overlying strata crack conduction detection method based on isotope identification
WO2017131822A1 (en) 2016-01-25 2017-08-03 Halliburton Energy Services, Inc. Electromagnetic telemetry using a transceiver in an adjacent wellbore
CN107152274A (en) * 2016-03-02 2017-09-12 中国石油化工股份有限公司 The storage method and microstorage of well logging data
US11830672B2 (en) 2016-11-23 2023-11-28 KYOCERA AVX Components Corporation Ultracapacitor for use in a solder reflow process
MX2019006454A (en) 2016-12-02 2019-08-01 Fastcap Systems Corp Composite electrode.
US10002844B1 (en) 2016-12-21 2018-06-19 Invensas Bonding Technologies, Inc. Bonded structures
CN109983199B (en) * 2016-12-28 2022-03-08 哈利伯顿能源服务公司 Systems, methods, and apparatus for powering electronics during well completion and production
CN110249021B (en) * 2017-03-03 2021-09-21 哈利伯顿能源服务公司 Chemically tagged drilling fluid additives
US10508030B2 (en) 2017-03-21 2019-12-17 Invensas Bonding Technologies, Inc. Seal for microelectronic assembly
US11650347B2 (en) * 2017-05-24 2023-05-16 Schlumberger Technology Corporation Fast measurement and interpretation of downhole multi-dimensional measurement
WO2019028107A1 (en) * 2017-08-01 2019-02-07 Conocophillips Company Data acquisition and signal detection through rfid system and method
US10612370B2 (en) * 2017-08-01 2020-04-07 Saudi Arabian Oil Company Open smart completion
US10394193B2 (en) * 2017-09-29 2019-08-27 Saudi Arabian Oil Company Wellbore non-retrieval sensing system
US10923408B2 (en) 2017-12-22 2021-02-16 Invensas Bonding Technologies, Inc. Cavity packages
US11380597B2 (en) 2017-12-22 2022-07-05 Invensas Bonding Technologies, Inc. Bonded structures
IT201800004596A1 (en) 2018-04-17 2019-10-17 ENERGY STORAGE DEVICE FOR HIGH TEMPERATURE APPLICATIONS
US11004757B2 (en) 2018-05-14 2021-05-11 Invensas Bonding Technologies, Inc. Bonded structures
US10605077B2 (en) 2018-05-14 2020-03-31 Alfred T Aird Drill stem module for downhole analysis
WO2020176102A1 (en) * 2019-02-28 2020-09-03 Halliburton Energy Services, Inc. Power bottom hole assembly via a powered drill string
EP3949039A4 (en) * 2019-04-05 2022-11-30 SeekOps Inc. Analog signal processing for a lightweight and compact laser-based trace gas sensor
US11557765B2 (en) 2019-07-05 2023-01-17 Fastcap Systems Corporation Electrodes for energy storage devices
CN111305815B (en) * 2020-02-24 2022-12-06 中国海洋石油集团有限公司 Cable logging instrument and refrigeration method thereof
CN111396029B (en) * 2020-03-19 2021-06-25 中国地质大学（北京） Pushing device in conveying device for lowering and recovering vertical well logging instrument
CN111305778B (en) * 2020-03-19 2020-12-18 中国地质大学（北京） Conveyer suitable for vertical well logging instrument is transferred and is retrieved
CN111456724B (en) * 2020-03-27 2021-11-19 华中科技大学 Automatic tuning type underground wireless signal transmission system
US11748866B2 (en) 2020-07-17 2023-09-05 Seekops Inc. Systems and methods of automated detection of gas plumes using optical imaging
CN112271345B (en) * 2020-09-21 2022-03-01 中国石油天然气集团有限公司 Logging instrument charging power supply with heat dissipation system and working method thereof
CN112443315B (en) * 2020-11-23 2023-09-26 中国科学院电工研究所 Magneto-acoustic-electric imaging logging method and device thereof
CN113006778A (en) * 2021-03-22 2021-06-22 国仪石油技术(无锡)有限公司 Quantum well logging method with ultrahigh sensitivity
WO2023283105A1 (en) * 2021-07-09 2023-01-12 Erdos Miller, Inc Downhole antenna system for use with a measurement while drilling downhole tool
CN113464130A (en) * 2021-08-19 2021-10-01 陕西恒合石油科技有限公司 Rapid and accurate water finding method for horizontal well
CN114412442B (en) * 2022-01-24 2024-04-05 燕山大学 Multi-parameter logging instrument for shale gas horizontal well gas-liquid two-phase flow sedimentation

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001065054A1 (en) * 2000-03-02 2001-09-07 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Power generation using batteries with reconfigurable discharge
US6843119B2 (en) * 1997-09-18 2005-01-18 Solinst Canada Limited Apparatus for measuring and recording data from boreholes
EP1918508A1 (en) * 2006-10-31 2008-05-07 Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. Method and system for providing electrical power to downhole well equipment
US7699102B2 (en) * 2004-12-03 2010-04-20 Halliburton Energy Services, Inc. Rechargeable energy storage device in a downhole operation
US20110080689A1 (en) * 2009-09-04 2011-04-07 Bielawski Christopher W Ionic Liquids for Use in Ultracapacitor and Graphene-Based Ultracapacitor

Family Cites Families (247)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3185903A (en) 1961-06-15 1965-05-25 Chicago Condenser Corp Hermetically sealed variable capacitor
US3841152A (en) 1973-02-02 1974-10-15 Halliburton Co Drilling conditions monitor
US3824129A (en) * 1973-03-14 1974-07-16 Mallory & Co Inc P R Heart pacer rechargeable cell and protective control system
US3982182A (en) 1973-08-13 1976-09-21 Coulter Electronics, Inc. Conductivity cell for particle study device
US3968473A (en) 1974-03-04 1976-07-06 Mobil Oil Corporation Weight-on-drill-bit and torque-measuring apparatus
US3977245A (en) 1975-04-21 1976-08-31 Geophysical Research Corporation Down hole apparatus for sensing and storing values of physical parameters
CA1124228A (en) 1977-12-05 1982-05-25 Serge A. Scherbatskoy Systems, apparatus and methods for measuring while drilling
US4408259A (en) 1979-02-09 1983-10-04 Matsushita Electric Industrial Company, Limited Electrochemical double-layer capacitor
US4349910A (en) 1979-09-28 1982-09-14 Union Carbide Corporation Method and apparatus for orientation of electrode joint threads
US4665393A (en) 1984-05-21 1987-05-12 Wilder Peggy L Vibration monitoring system and apparatus
GB8416708D0 (en) 1984-06-30 1984-08-01 Prad Res & Dev Nv Drilling motor
US4604676A (en) 1984-10-02 1986-08-05 Murata Manufacturing Co., Ltd. Ceramic capacitor
US4802143A (en) 1986-04-16 1989-01-31 Smith Robert D Alarm system for measurement while drilling oil wells
US4831558A (en) 1986-08-26 1989-05-16 The Slope Indicator Company Digitally based system for monitoring physical phenomena
JPS63261811A (en) 1987-04-20 1988-10-28 松下電器産業株式会社 Electric double-layer capacitor
US4849699A (en) * 1987-06-08 1989-07-18 Mpi, Inc. Extended range, pulsed induction logging tool and method of use
AU2508188A (en) 1988-01-21 1989-07-27 Honeywell Inc. Multiple fuel burner control system
US4903245A (en) 1988-03-11 1990-02-20 Exploration Logging, Inc. Downhole vibration monitoring of a drillstring
US4934366A (en) 1988-09-01 1990-06-19 Siemens-Pacesetter, Inc. Feedthrough connector for implantable medical device
JPH0278211A (en) 1988-09-13 1990-03-19 Murata Mfg Co Ltd Laminated ceramic capacitor
NL9001976A (en) 1990-09-07 1992-04-01 Kinetron Bv GENERATOR.
US5210704A (en) 1990-10-02 1993-05-11 Technology International Incorporated System for prognosis and diagnostics of failure and wearout monitoring and for prediction of life expectancy of helicopter gearboxes and other rotating equipment
CN2115403U (en) * 1991-11-04 1992-09-09 吉林省油田管理局测井公司 No-cable type horizontal drilling trace logging instrument
JPH05234814A (en) 1992-02-24 1993-09-10 Murata Mfg Co Ltd Electric double layer capacitor
CH686206A5 (en) 1992-03-26 1996-01-31 Asulab Sa Cellule photoelectrochimique regeneratrice transparent.
US5179541A (en) * 1992-04-28 1993-01-12 Western Atlas International, Inc. Acoustic borehole televiewer
US5476709A (en) 1992-06-15 1995-12-19 Mitsui Toatsu Chemicals, Inc. Polymeric insulating material and formed article making use of the material
US5711988A (en) 1992-09-18 1998-01-27 Pinnacle Research Institute, Inc. Energy storage device and its methods of manufacture
AU681351B2 (en) 1992-09-18 1997-08-28 Ultracap Technologies Corporation Energy storage device and methods of manufacture
US5448911A (en) 1993-02-18 1995-09-12 Baker Hughes Incorporated Method and apparatus for detecting impending sticking of a drillstring
DE69428496T2 (en) * 1993-05-21 2002-05-23 Dhv Int Inc DRILL HOLE INSTRUMENT CABLE WITH REDUCED DIAMETER
US5440447A (en) 1993-07-02 1995-08-08 The Morgan Crucible Company, Plc High temperature feed-through system and method for making same
CN1098764A (en) * 1993-08-10 1995-02-15 张文虎 Storage-type underground data measuring and acquisition system
US5517464A (en) 1994-05-04 1996-05-14 Schlumberger Technology Corporation Integrated modulator and turbine-generator for a measurement while drilling tool
US5621607A (en) 1994-10-07 1997-04-15 Maxwell Laboratories, Inc. High performance double layer capacitors including aluminum carbon composite electrodes
US5636178A (en) 1995-06-27 1997-06-03 Halliburton Company Fluid driven siren pressure pulse generator for MWD and flow measurement systems
US5852262A (en) 1995-09-28 1998-12-22 Magnetic Pulse, Inc. Acoustic formation logging tool with improved transmitter
RU98120524A (en) 1996-05-15 2000-10-10 Хайперион Каталайзис Интернэшнл GRAPHITE NANOFIBERS IN ELECTROCHEMICAL CAPACITORS
US5710699A (en) 1996-05-28 1998-01-20 General Electric Company Power electronic interface circuits for batteries and ultracapacitors in electric vehicles and battery storage systems
GB9616499D0 (en) 1996-08-06 1996-09-25 Oxford Instr Uk Ltd Magnetic field pulse generator
US6194815B1 (en) 1996-10-25 2001-02-27 Ocean Power Technology, Inc. Piezoelectric rotary electrical energy generator
KR100511027B1 (en) 1997-02-19 2005-08-31 하.체. 스타르크 게엠베하 Tantalum Powder, Method for Producing Same Powder and Sintered Anodes Obtained From It
US6683783B1 (en) 1997-03-07 2004-01-27 William Marsh Rice University Carbon fibers formed from single-wall carbon nanotubes
US5982156A (en) 1997-04-15 1999-11-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Feed-forward control of aircraft bus dc boost converter
US6205016B1 (en) 1997-06-04 2001-03-20 Hyperion Catalysis International, Inc. Fibril composite electrode for electrochemical capacitors
US6511760B1 (en) 1998-02-27 2003-01-28 Restek Corporation Method of passivating a gas vessel or component of a gas transfer system using a silicon overlay coating
US6193032B1 (en) 1998-03-02 2001-02-27 The Penn State Research Foundation Piezoceramic vibration control device and tuning control thereof
US6247533B1 (en) 1998-03-09 2001-06-19 Seismic Recovery, Llc Utilization of energy from flowing fluids
US6141205A (en) 1998-04-03 2000-10-31 Medtronic, Inc. Implantable medical device having flat electrolytic capacitor with consolidated electrode tabs and corresponding feedthroughs
US5945749A (en) 1998-06-10 1999-08-31 Westinghouse Air Brake Company On-board electrical power generator operated by vibration or compressed air
US6201685B1 (en) 1998-10-05 2001-03-13 General Electric Company Ultracapacitor current collector
US6232706B1 (en) 1998-11-12 2001-05-15 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Self-oriented bundles of carbon nanotubes and method of making same
US6470974B1 (en) 1999-04-14 2002-10-29 Western Well Tool, Inc. Three-dimensional steering tool for controlled downhole extended-reach directional drilling
SE518454C2 (en) 1999-01-15 2002-10-08 Forskarpatent I Uppsala Ab Method for making an electrochemical cell and electrochemical cell
US6118251A (en) 1999-01-27 2000-09-12 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Battery depassivation and conditioning method and apparatus
MY120832A (en) 1999-02-01 2005-11-30 Shell Int Research Multilateral well and electrical transmission system
US6444326B1 (en) 1999-03-05 2002-09-03 Restek Corporation Surface modification of solid supports through the thermal decomposition and functionalization of silanes
US6716554B2 (en) 1999-04-08 2004-04-06 Quallion Llc Battery case, cover, and feedthrough
EP1059266A3 (en) 1999-06-11 2000-12-20 Iljin Nanotech Co., Ltd. Mass synthesis method of high purity carbon nanotubes vertically aligned over large-size substrate using thermal chemical vapor deposition
EP1061554A1 (en) 1999-06-15 2000-12-20 Iljin Nanotech Co., Ltd. White light source using carbon nanotubes and fabrication method thereof
US6449139B1 (en) 1999-08-18 2002-09-10 Maxwell Electronic Components Group, Inc. Multi-electrode double layer capacitor having hermetic electrolyte seal
US6257332B1 (en) 1999-09-14 2001-07-10 Halliburton Energy Services, Inc. Well management system
JP2001160525A (en) 1999-09-24 2001-06-12 Honda Motor Co Ltd Pretreatment method of active carbon for polarized electrode
TW497286B (en) 1999-09-30 2002-08-01 Canon Kk Rechargeable lithium battery and process for the production thereof
US6413285B1 (en) 1999-11-01 2002-07-02 Polyplus Battery Company Layered arrangements of lithium electrodes
US6304427B1 (en) 2000-01-07 2001-10-16 Kemet Electronics Corporation Combinations of materials to minimize ESR and maximize ESR stability of surface mount valve-metal capacitors after exposure to heat and/or humidity
US6679332B2 (en) 2000-01-24 2004-01-20 Shell Oil Company Petroleum well having downhole sensors, communication and power
BR0017286A (en) 2000-01-28 2004-02-25 Halliburton Energy Serv Inc Electricity generator for use in conjunction with an underground well, and method of producing energy in an underground well
KR100487069B1 (en) 2000-04-12 2005-05-03 일진나노텍 주식회사 Supercapacitor using electrode of new material and manufacturing method the same
US6388423B1 (en) 2001-02-23 2002-05-14 John W. Schilleci, Jr. Battery monitor and open circuit protector
US6554074B2 (en) 2001-03-05 2003-04-29 Halliburton Energy Services, Inc. Lift fluid driven downhole electrical generator and method for use of the same
JP2002270235A (en) 2001-03-07 2002-09-20 Nisshinbo Ind Inc Pregel component for polymer gel electrolyte and dehidrating method of the same, secondary cell and electric double layer capacitor
US6952060B2 (en) 2001-05-07 2005-10-04 Trustees Of Tufts College Electromagnetic linear generator and shock absorber
US6872681B2 (en) 2001-05-18 2005-03-29 Hyperion Catalysis International, Inc. Modification of nanotubes oxidation with peroxygen compounds
US6497974B2 (en) 2001-05-23 2002-12-24 Avista Laboratories, Inc. Fuel cell power system, method of distributing power, and method of operating a fuel cell power system
US6641434B2 (en) 2001-06-14 2003-11-04 Schlumberger Technology Corporation Wired pipe joint with current-loop inductive couplers
RU2272132C2 (en) 2001-08-07 2006-03-20 Закрытое акционерное общество "НТ-Курс" Method for information transmission from well to surface
US20080068801A1 (en) 2001-10-04 2008-03-20 Ise Corporation High-Power Ultracapacitor Energy Storage Cell Pack and Coupling Method
JP2003115422A (en) 2001-10-05 2003-04-18 Nissan Diesel Motor Co Ltd Method of manufacturing electric double layer capacitor
GB0124589D0 (en) 2001-10-12 2001-12-05 Flight Refueling Ltd Operating electrolyte based components
JP3941917B2 (en) 2001-10-19 2007-07-11 Ｎｅｃトーキン株式会社 Electric double layer capacitor manufacturing method and electric double layer capacitor
KR100997349B1 (en) 2002-01-09 2010-11-30 스티븐 이. 슬룹 System and method for removing an electrolyte from an energy storage and/or conversion device using a supercritical fluid
CA2367290A1 (en) 2002-01-16 2003-07-16 Hydro Quebec High stability polymer electrolyte > 4 volts as electrolyte for a hybrid supercondenser and electrochemical generator
US6909667B2 (en) 2002-02-13 2005-06-21 Halliburton Energy Services, Inc. Dual channel downhole telemetry
US6498712B1 (en) 2002-03-06 2002-12-24 Voltronics Corporation Variable capacitor
CN101853959A (en) 2002-04-02 2010-10-06 株式会社日本触媒 Material for electrolytic solutions and use thereof
US6872645B2 (en) 2002-04-02 2005-03-29 Nanosys, Inc. Methods of positioning and/or orienting nanostructures
US7335395B2 (en) 2002-04-23 2008-02-26 Nantero, Inc. Methods of using pre-formed nanotubes to make carbon nanotube films, layers, fabrics, ribbons, elements and articles
US7452452B2 (en) 2002-04-29 2008-11-18 The Trustees Of Boston College Carbon nanotube nanoelectrode arrays
US7061749B2 (en) * 2002-07-01 2006-06-13 Georgia Tech Research Corporation Supercapacitor having electrode material comprising single-wall carbon nanotubes and process for making the same
US6644110B1 (en) 2002-09-16 2003-11-11 Halliburton Energy Services, Inc. Measurements of properties and transmission of measurements in subterranean wells
JP4439797B2 (en) 2002-10-03 2010-03-24 株式会社日本触媒 Ion conductor materials
EP1411533A1 (en) 2002-10-09 2004-04-21 Asahi Glass Company, Limited Electric double layer capacitor and process for its production
DE10250808B3 (en) 2002-10-31 2004-04-08 Honeywell Specialty Chemicals Seelze Gmbh Preparation of electrolyte containing tetraalkylammonium tetrafluoroborate, used in electrochemical cell or capacitor, involves mixing tetraalkylammonium halide and metal tetrafluoroborate in (partly) water-miscible organic solvent
EP2323144A1 (en) 2002-10-31 2011-05-18 Mitsubishi Chemical Corporation Electrolytic capacitor
US7207396B2 (en) 2002-12-10 2007-04-24 Intelliserv, Inc. Method and apparatus of assessing down-hole drilling conditions
KR100675366B1 (en) 2002-12-30 2007-01-29 주식회사 네스캡 Electric energy storage device and method of charging and discharging the same
TWI236778B (en) 2003-01-06 2005-07-21 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Lithium ion battery
US6764874B1 (en) 2003-01-30 2004-07-20 Motorola, Inc. Method for chemical vapor deposition of single walled carbon nanotubes
AU2003900633A0 (en) 2003-02-13 2003-02-27 Energy Storage Systems Pty Ltd A resistive balance for an energy storage device
US7070833B2 (en) 2003-03-05 2006-07-04 Restek Corporation Method for chemical vapor deposition of silicon on to substrates for use in corrosive and vacuum environments
DE10313207A1 (en) 2003-03-25 2004-10-07 Basf Ag Cleaning or processing ionic liquids with adsorptive separation processes
JPWO2004088690A1 (en) 2003-03-31 2006-07-06 東洋アルミニウム株式会社 Capacitor cathode foil and manufacturing method thereof
US20040229117A1 (en) 2003-05-14 2004-11-18 Masaya Mitani Electrochemical cell stack
US7168487B2 (en) 2003-06-02 2007-01-30 Schlumberger Technology Corporation Methods, apparatus, and systems for obtaining formation information utilizing sensors attached to a casing in a wellbore
US20050030628A1 (en) 2003-06-20 2005-02-10 Aegis Semiconductor Very low cost narrow band infrared sensor
US6914341B1 (en) 2003-07-29 2005-07-05 Mcintyre Stephen Rotational inertia aided electric generator
US7201627B2 (en) 2003-07-31 2007-04-10 Semiconductor Energy Laboratory, Co., Ltd. Method for manufacturing ultrafine carbon fiber and field emission element
CN100399480C (en) 2003-09-30 2008-07-02 清华大学深圳研究生院 Stacked super condensor and its manufacturing method
CN100372035C (en) 2003-10-17 2008-02-27 清华大学 Polyaniline/carbon nano tube hybrid super capacitor
US7408645B2 (en) 2003-11-10 2008-08-05 Baker Hughes Incorporated Method and apparatus for a downhole spectrometer based on tunable optical filters
US6927475B2 (en) 2003-11-19 2005-08-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Power generator and method for forming same
JP4415673B2 (en) 2003-12-26 2010-02-17 Ｔｄｋ株式会社 Capacitor electrode manufacturing method
KR20070001118A (en) 2003-12-29 2007-01-03 쉘 인터내셔날 리써취 마트샤피지 비.브이. Electrochemical element for use at high temperatures
DE102004003481B4 (en) 2004-01-22 2007-01-25 Dtb Patente Gmbh Measuring device and drilling device for deep drilling and method for measuring relevant data in deep wells
US7017417B2 (en) 2004-02-10 2006-03-28 Weatherford/Lamb, Inc. Pressure sensor assembly suitable for use in harsh environments
JP2005234814A (en) 2004-02-18 2005-09-02 Fujitsu Ltd Program, program construction method, storage medium, program construction system and terminal equipment
US7999695B2 (en) 2004-03-03 2011-08-16 Halliburton Energy Services, Inc. Surface real-time processing of downhole data
US7521153B2 (en) 2004-03-16 2009-04-21 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Corrosion protection using protected electron collector
US20050231893A1 (en) 2004-04-19 2005-10-20 Harvey Troy A Electric double layer capacitor enclosed in polymer housing
JP4379247B2 (en) 2004-04-23 2009-12-09 住友電気工業株式会社 Method for producing carbon nanostructure
US20050238810A1 (en) 2004-04-26 2005-10-27 Mainstream Engineering Corp. Nanotube/metal substrate composites and methods for producing such composites
GB0412314D0 (en) 2004-06-02 2004-07-07 Glaxo Group Ltd Compounds
US20060001399A1 (en) 2004-07-02 2006-01-05 Lembit Salasoo High temperature battery system for hybrid locomotive and offhighway vehicles
US8277984B2 (en) 2006-05-02 2012-10-02 The Penn State Research Foundation Substrate-enhanced microbial fuel cells
US7245478B2 (en) 2004-08-16 2007-07-17 Maxwell Technologies, Inc. Enhanced breakdown voltage electrode
NO325613B1 (en) 2004-10-12 2008-06-30 Well Tech As Wireless data transmission system and method in a production or injection well using fluid pressure fluctuations
WO2007011399A2 (en) 2004-10-22 2007-01-25 Georgia Tech Research Corporation Aligned carbon nanotubes and methods for construction thereof
KR100627313B1 (en) 2004-11-30 2006-09-25 삼성에스디아이 주식회사 Secondary battery
WO2006060708A1 (en) 2004-12-03 2006-06-08 Halliburton Energy Services, Inc. Switchable power allocation in a downhole operation
DE102004058907A1 (en) 2004-12-07 2006-06-08 Basf Ag Purification of ionic liquids
US7493962B2 (en) 2004-12-14 2009-02-24 Schlumberger Technology Corporation Control line telemetry
US7874250B2 (en) 2005-02-09 2011-01-25 Schlumberger Technology Corporation Nano-based devices for use in a wellbore
US7381367B1 (en) 2005-03-21 2008-06-03 Catalytic Materials, Llc Aluminum electrolytic capacitor having an anode having a uniform array of micron-sized pores
US7126207B2 (en) 2005-03-24 2006-10-24 Intel Corporation Capacitor with carbon nanotubes
CN101180691A (en) 2005-04-12 2008-05-14 住友化学株式会社 Electric double layer capacitor
US7800886B2 (en) 2005-04-12 2010-09-21 Sumitomo Chemical Company, Limited Electric double layer capacitor
US20060256506A1 (en) 2005-04-27 2006-11-16 Showa Denko K.K. Solid electrolyte capacitor and process for producing same
US9312557B2 (en) 2005-05-11 2016-04-12 Schlumberger Technology Corporation Fuel cell apparatus and method for downhole power systems
KR20080018221A (en) 2005-05-31 2008-02-27 코닝 인코포레이티드 Cellular honeycomb ultracapacitors and hybrid capacitors and methods for producing
US7271994B2 (en) 2005-06-08 2007-09-18 Greatbatch Ltd. Energy dense electrolytic capacitor
US7511941B1 (en) 2005-06-08 2009-03-31 Maxwell Technologies, Inc. Ultrasonic sealed fill hole
TWI367511B (en) 2005-06-10 2012-07-01 Japan Gore Tex Inc Electrode for electric double layer capacitor and electric double layer capacitor
US7475593B2 (en) 2005-06-24 2009-01-13 Precision Energy Services, Inc. High temperature near infrared for measurements and telemetry in well boreholes
US8004421B2 (en) 2006-05-10 2011-08-23 Schlumberger Technology Corporation Wellbore telemetry and noise cancellation systems and method for the same
US8563166B2 (en) 2005-07-29 2013-10-22 Seiko Instruments Inc. Electrochemical cell
US7466539B2 (en) 2005-09-30 2008-12-16 Wisconsin Alumni Research Foundation Electrochemical double-layer capacitor using organosilicon electrolytes
US7477162B2 (en) 2005-10-11 2009-01-13 Schlumberger Technology Corporation Wireless electromagnetic telemetry system and method for bottomhole assembly
JP2007109609A (en) 2005-10-17 2007-04-26 Omron Corp Charging and discharging device of fuel cell system
JP5066334B2 (en) 2005-11-11 2012-11-07 株式会社日本触媒 Ionic compounds
EP1961022A4 (en) 2005-11-22 2014-08-06 Maxwell Technologies Inc Ultracapacitor pressure control system
US7468679B2 (en) 2005-11-28 2008-12-23 Paul Feluch Method and apparatus for mud pulse telemetry
GB2433753B (en) * 2005-12-30 2008-05-28 Schlumberger Holdings Downhole thermoelectric power generation and storage
US7692411B2 (en) 2006-01-05 2010-04-06 Tpl, Inc. System for energy harvesting and/or generation, storage, and delivery
JP4817296B2 (en) 2006-01-06 2011-11-16 独立行政法人産業技術総合研究所 Aligned carbon nanotube bulk aggregate and method for producing the same
EP2009716A4 (en) 2006-01-30 2009-07-15 Kyocera Corp Container for electricity accumulator and battery and electric double layer capacitor employing same
US8124503B2 (en) 2006-03-03 2012-02-28 William Marsh Rice University Carbon nanotube diameter selection by pretreatment of metal catalysts on surfaces
JP2009529227A (en) 2006-03-08 2009-08-13 キャップ−エックス・エックス・リミテッド Electrolytes
JP5837271B2 (en) 2006-03-30 2015-12-24 大日本印刷株式会社 Battery module
GB0607957D0 (en) 2006-04-21 2006-05-31 Imp Innovations Ltd Energy storage device
CA2544457C (en) 2006-04-21 2009-07-07 Mostar Directional Technologies Inc. System and method for downhole telemetry
US20070258192A1 (en) 2006-05-05 2007-11-08 Joel Schindall Engineered structure for charge storage and method of making
US20080212261A1 (en) 2006-07-05 2008-09-04 Rensselaer Polytechnic Institute Energy storage devices and composite articles associated with the same
US7990679B2 (en) 2006-07-14 2011-08-02 Dais Analytic Corporation Nanoparticle ultracapacitor
WO2008013095A1 (en) 2006-07-27 2008-01-31 Nichicon Corporation Ionic compound
US8284539B2 (en) 2006-08-02 2012-10-09 Ada Technologies, Inc. High performance ultracapacitors with carbon nanomaterials and ionic liquids
CN101501330B (en) 2006-08-14 2013-05-29 罗斯蒙德公司 Vibration power generation
JP2010503214A (en) * 2006-09-01 2010-01-28 バッテル メモリアル インスティテュート Carbon nanotube nanocomposite, method for making carbon nanotube nanocomposite, and device comprising nanocomposite
US7496460B2 (en) 2006-09-06 2009-02-24 Eastway Fair Company Limited Energy source monitoring and control system for power tools
US7658247B2 (en) 2006-09-20 2010-02-09 Gatekeeper Systems, Inc. Systems and methods for power storage and management from intermittent power sources
JP2008088135A (en) 2006-10-05 2008-04-17 Japan Carlit Co Ltd:The Method for purifying quaternary imidazolium tetrafluoroborate and electric double layer capacitor using quaternary imidazolium tetrafluoroborate purified thereby
US7399102B2 (en) 2006-11-27 2008-07-15 Sullivan James E Portable self contained light generating device powered by a flow of falling granular material
US7834777B2 (en) 2006-12-01 2010-11-16 Baker Hughes Incorporated Downhole power source
US8319471B2 (en) 2006-12-06 2012-11-27 Solaredge, Ltd. Battery power delivery module
US7667462B2 (en) 2006-12-22 2010-02-23 Schlumberger Technology Corporation Nuclear magnetic resonance module
CN101600851A (en) 2007-01-08 2009-12-09 贝克休斯公司 Dynamically control is crept into the drilling assembly and the system of fault and is utilized this drilling assembly and method that system carries out drilling well
US8106791B2 (en) 2007-04-13 2012-01-31 Chevron U.S.A. Inc. System and method for receiving and decoding electromagnetic transmissions within a well
US8354939B2 (en) * 2007-09-12 2013-01-15 Momentive Specialty Chemicals Inc. Wellbore casing mounted device for determination of fracture geometry and method for using same
US8120509B2 (en) 2007-10-17 2012-02-21 Multi-Shot Llc MWD data transmission
US7834622B2 (en) 2007-10-18 2010-11-16 Baker Hughes Incorporated Configurable magnet assembly for using in NMR well logging instrument
US20090194314A1 (en) 2008-01-31 2009-08-06 Joseph Varkey Bimetallic Wire with Highly Conductive Core in Oilfield Applications
WO2009128977A2 (en) 2008-02-12 2009-10-22 Baker Hughes Incorporated Fiber optic sensor system using white light interferometery
US20090286163A1 (en) 2008-02-29 2009-11-19 The Regents Of The University Of California Electrolyte mixtures useful for li-ion batteries
US7983022B2 (en) 2008-03-05 2011-07-19 Greatbatch Ltd. Electrically connecting multiple cathodes in a case negative multi-anode capacitor
NO333810B1 (en) 2008-04-02 2013-09-23 Well Technology As Downhole energy generation device and method
US8025971B2 (en) 2008-04-16 2011-09-27 Nitto Denko Corporation Fibrous columnar structure aggregate and pressure-sensitive adhesive member using the aggregate
EP2263974B1 (en) 2008-04-16 2014-06-18 Zeon Corporation Equipment and method for producing orientated carbon nano-tube aggregates
US8277691B2 (en) 2008-05-05 2012-10-02 Ada Technologies, Inc. High performance carbon nanocomposites for ultracapacitors
US8498125B2 (en) 2008-06-09 2013-07-30 Schlumberger Technology Corporation Instrumentation package in a downhole tool string component
US8789791B2 (en) 2008-06-10 2014-07-29 Lockheed Martin Corporation Electrical system and electrical accumulator for electrical actuation and related methods
DE102008029956A1 (en) 2008-06-26 2009-12-31 Endress + Hauser Flowtec Ag Measuring system with a sensor module and a transmitter module
FR2933814B1 (en) 2008-07-11 2011-03-25 Commissariat Energie Atomique IONIC LIQUID ELECTROLYTES COMPRISING A SURFACTANT AND ELECTROCHEMICAL DEVICES SUCH AS ACCUMULATORS COMPRISING SAME
US9243013B2 (en) 2008-08-22 2016-01-26 Nippon Shokubai Co., Ltd. Ionic compound, method for producing the same, and ion-conductive material comprising the same
US7857644B2 (en) 2008-09-25 2010-12-28 Intelliserv, Llc Wired drill pipe having conductive end connections
JP5281100B2 (en) 2008-12-08 2013-09-04 パナソニック株式会社 Electric double layer capacitor and manufacturing method thereof
TWI407010B (en) 2008-12-22 2013-09-01 Ind Tech Res Inst Displacement type generator
TW201028315A (en) * 2009-01-16 2010-08-01 All Win Green Battery Gorp Power energy supply system with ultracapacitor for vehicle
US20100194117A1 (en) 2009-02-05 2010-08-05 Schlumberger Technology Corporation Electromagnetic device having compact flux paths for harvesting energy from vibrations
JP5388640B2 (en) 2009-03-17 2014-01-15 Ｊｍエナジー株式会社 Capacitor module equalization control circuit and equalization control device provided with equalization control circuit
US8544534B2 (en) * 2009-03-19 2013-10-01 Schlumberger Technology Corporation Power systems for wireline well service using wired pipe string
US9412484B2 (en) 2009-09-04 2016-08-09 Board Of Regents, The University Of Texas System Ultracapacitor with a novel carbon
US8194395B2 (en) 2009-10-08 2012-06-05 Avx Corporation Hermetically sealed capacitor assembly
TWI407670B (en) 2009-10-21 2013-09-01 Delta Electronics Inc Buck and buck/boost pfc circuit systems having auxiliary circuits and method thereof
US8274400B2 (en) * 2010-01-05 2012-09-25 Schlumberger Technology Corporation Methods and systems for downhole telemetry
US8373971B2 (en) 2010-01-13 2013-02-12 Karl S. YOUNG Supercapacitors using nanotube fibers and methods of making the same
CN201588627U (en) * 2010-01-25 2010-09-22 中国石油化工集团公司 Power driver for slurry pulse generator
WO2012018676A1 (en) 2010-08-02 2012-02-09 Celgard, Llc Ultra high melt temperature microporous high temperature battery separators and related methods
US8102642B2 (en) 2010-08-06 2012-01-24 International Battery, Inc. Large format ultracapacitors and method of assembly
JP2012074541A (en) 2010-09-29 2012-04-12 Otsuka Chem Co Ltd Electrolytic solution for electric double layer capacitor and electrochemical device
WO2012041437A2 (en) 2010-09-30 2012-04-05 Merck Patent Gmbh Electrolyte formulations
US9214709B2 (en) 2010-12-21 2015-12-15 CastCAP Systems Corporation Battery-capacitor hybrid energy storage system for high temperature applications
US8760851B2 (en) 2010-12-21 2014-06-24 Fastcap Systems Corporation Electrochemical double-layer capacitor for high temperature applications
WO2012103553A1 (en) 2011-01-28 2012-08-02 Oscilla Power Inc. Energy harvesting methods and devices, and applications thereof
US9001495B2 (en) 2011-02-23 2015-04-07 Fastcap Systems Corporation High power and high energy electrodes using carbon nanotubes
CA2738271A1 (en) 2011-04-28 2012-10-28 Sondex Wireline Ltd. Measurement-while-drilling mud pulser and method for controlling same
JP2014525219A (en) 2011-05-24 2014-09-25 ファーストキャップ・システムズ・コーポレイション Power system for high temperature applications with rechargeable energy storage
AU2012267770A1 (en) 2011-06-07 2014-01-23 Fastcap Systems Corporation Energy storage media for ultracapacitors
US20120313586A1 (en) 2011-06-09 2012-12-13 Fastcap Systems Corporation Automotive electrified drive train systems with high temperature rechargeable energy storage device
US9558894B2 (en) 2011-07-08 2017-01-31 Fastcap Systems Corporation Advanced electrolyte systems and their use in energy storage devices
US20130026978A1 (en) 2011-07-27 2013-01-31 Fastcap Systems Corporation Power supply for downhole instruments
AU2012282799A1 (en) 2011-07-08 2014-02-27 Fastcap Systems Corporation High temperature energy storage device
CN103687863B9 (en) 2011-07-15 2016-07-27 默克专利有限公司 Compound containing alkyl-cyano group-borate or alkyl-cyano group-fluoboric acid root anion
US8932750B2 (en) 2011-07-27 2015-01-13 Fastcap Systems Corporation Aluminum housing with a hermetic seal
US9017634B2 (en) 2011-08-19 2015-04-28 Fastcap Systems Corporation In-line manufacture of carbon nanotubes
WO2013062949A1 (en) 2011-10-25 2013-05-02 Martin Scientific, Llc High-speed downhole sensor and telemetry network
CN104024573B (en) 2011-11-03 2018-05-15 快帽***公司 Production logging instrument
US9683441B2 (en) 2011-11-03 2017-06-20 Fastcap Systems Corporation Power supply for wired pipe with rechargeable energy storage
US9209434B2 (en) 2011-11-17 2015-12-08 Fastcap Systems Corporation Mechanical hermetic seal
US20130141840A1 (en) 2011-12-05 2013-06-06 Fastcap Systems Corporation On-board power supply
US20130206401A1 (en) 2012-02-13 2013-08-15 Smith International, Inc. Actuation system and method for a downhole tool
KR102461542B1 (en) 2012-02-24 2022-11-01 패스트캡 시스템즈 코포레이션 Advanced electrolyte systems and their use in energy storage devices
US20130249705A1 (en) 2012-03-21 2013-09-26 Halliburton Energy Services, Inc. Casing collar locator with wireless telemetry support
US20140057164A1 (en) 2012-05-02 2014-02-27 Fastcap Systems Corporation Enhanced carbon based electrode for use in energy storage devices
US8995487B1 (en) 2013-02-11 2015-03-31 Nlight Photonics Corporation Laser driver subsystem
US9206672B2 (en) 2013-03-15 2015-12-08 Fastcap Systems Corporation Inertial energy generator for supplying power to a downhole tool
US20190218894A9 (en) * 2013-03-15 2019-07-18 Fastcap Systems Corporation Power system for downhole toolstring
MX2015013139A (en) 2013-03-15 2016-06-24 Fastcap Systems Corp Modular signal interface devices and related downhole power and data systems.
US20140265565A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 Fastcap Systems Corporation Modular signal interface devices and related downhole power and data systems
WO2015054432A1 (en) 2013-10-08 2015-04-16 Fastcap Systems Corporation Dynamics monitoring system with rotational sensor
US10872737B2 (en) 2013-10-09 2020-12-22 Fastcap Systems Corporation Advanced electrolytes for high temperature energy storage device
WO2015102716A2 (en) 2013-10-09 2015-07-09 Fastcap Systems Corporation Advanced electrolytes for high temperature energy storage device
EP3084785A4 (en) 2013-12-20 2017-11-01 Fastcap Systems Corporation Ultracapacitors with high frequency response
WO2015095858A2 (en) 2013-12-20 2015-06-25 Fastcap Systems Corporation Electromagnetic telemetry device
US11270850B2 (en) 2013-12-20 2022-03-08 Fastcap Systems Corporation Ultracapacitors with high frequency response
WO2015171528A1 (en) 2014-05-03 2015-11-12 Fastcap Systems Corporation Mud pulse telemetry device
CN113539696A (en) 2014-10-09 2021-10-22 快帽***公司 Nanostructured electrodes for energy storage devices
CN116092839A (en) 2015-01-27 2023-05-09 快帽***公司 Super capacitor with wide temperature range

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6843119B2 (en) * 1997-09-18 2005-01-18 Solinst Canada Limited Apparatus for measuring and recording data from boreholes
WO2001065054A1 (en) * 2000-03-02 2001-09-07 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Power generation using batteries with reconfigurable discharge
US7699102B2 (en) * 2004-12-03 2010-04-20 Halliburton Energy Services, Inc. Rechargeable energy storage device in a downhole operation
EP1918508A1 (en) * 2006-10-31 2008-05-07 Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. Method and system for providing electrical power to downhole well equipment
US20110080689A1 (en) * 2009-09-04 2011-04-07 Bielawski Christopher W Ionic Liquids for Use in Ultracapacitor and Graphene-Based Ultracapacitor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2769258C1 (en) * 2021-07-20 2022-03-29 Общество с Ограниченной Ответственностью "ТНГ-Групп" Device of the borehole laboratory for the study of borehole fluid

Also Published As

Publication number Publication date
BR112014010635A2 (en) 2017-04-25
EP2776673A4 (en) 2016-09-28
CN104024573B (en) 2018-05-15
EP2776673A1 (en) 2014-09-17
EP3783192A1 (en) 2021-02-24
WO2013067540A1 (en) 2013-05-10
US11512562B2 (en) 2022-11-29
US20130271066A1 (en) 2013-10-17
US10830034B2 (en) 2020-11-10
BR112014010635B1 (en) 2020-12-29
US9515499B2 (en) 2016-12-06
EA201490916A1 (en) 2014-10-30
CA2854404C (en) 2021-05-25
US20180171777A1 (en) 2018-06-21
CA3115288A1 (en) 2013-05-10
CN104024573A (en) 2014-09-03
US20230095574A1 (en) 2023-03-30
EP2776673B1 (en) 2022-01-19
US20210071514A1 (en) 2021-03-11
CN108868747A (en) 2018-11-23
CA2854404A1 (en) 2013-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11512562B2 (en) Production logging instrument
JP6767894B2 (en) Power supply for downhaul equipment
JP7002481B2 (en) Modular signal interface equipment and related wells power and data systems
US11697978B2 (en) Power system for downhole toolstring
US9206672B2 (en) Inertial energy generator for supplying power to a downhole tool
US20140265565A1 (en) Modular signal interface devices and related downhole power and data systems
JP2016521451A5 (en)
WO2015054432A1 (en) Dynamics monitoring system with rotational sensor